番茄单性结实基因的遗传分析及主效QTL定位研究

Parthenocarpic tomato have the large advantages of stable yield, saving manpower and reducing cost, because it can develop fruits without exogenous hormone treatments under unfavorable environmental conditions, such as high and low temperature or weak light or protected cultivation. This project will analyze the inheritance of parthenocarpy with the segregative generations by crossing parthenocarpic line ‘P’ and non-parthenocarpic selfing lines ‘N’ of tomato. Endogenous hormones of ovaries before and after flowering will be mensurated in ‘P’ and ‘R’, in order to clear the main hormones and the performance differences periods. In order to locate the parthenocarpic genes and take the high quality intersection SNPs, we will analyze the F2 segregation of 'N' and 'P' with BSA QTL-Seq and compare the sequences of 'P' and 'R' by the genome-wide high-throughput sequencing technology. In addition, we will validate the candidate intervals by conventional SSR genetic linkage analysis. The major parthenocarpic candidate genes and markers in tomato will be determined with the bioinformatics and experimental biological analysis eventually. The completion of the project will provide important theoretical basis for molecular marker-assisted selection (MAS) breeding and genetic improvement of parthenocarpic tomato.

在高温、低温、弱光等逆境或保护地环境下，单性结实番茄无需激素蘸花仍能正常坐果，具很大的稳产和节省人力、物力的优势。本项目拟对番茄单性结实材料‘P’与非单性结实自交系‘N’杂交后代单性结实率进行统计，分析单性结实基因的遗传规律；对‘P’和‘R’材料开花前后子房的内源激素水平进行比较，明确主控激素和差异时期；采用全基因组高通量重测序技术对番茄单性结实基因进行定位：包括对‘N’和‘P’配制的F2分离群体进行BSA QTL-Seq分析，对‘P’和‘R’重测序序列进行比对，取二者交集的高质量SNPs；在此基础上利用传统SSR遗传连锁分析方法对获得的候选区间进行验证，最后通过生物信息学与生物学实验，分析确定番茄单性结实主效候选基因和标记。该项目的完成将为番茄单性结实分子标记辅助选择（MAS）育种及单性结实种质的遗传改良提供重要的理论依据。

单性结实番茄不经授粉和外源激素处理即可在不利的环境条件下正常座果，有利于保护地晚秋至早春番茄的生产。在这项研究中,我们采用高效液相色谱串联质谱技术测定了番茄单性结实‘R35-P’ (蕾期去柱头处理Pe或自花受粉Ps)和非单性结实‘R35-N’(自花受粉CK)在开花前后子房内的内源激素（生长素IAA、脱落酸ABA、赤霉素GAs、茉莉酸JA和水杨酸SA）含量。结果表明，在开花前后番茄单性结实‘R35-P’中的IAA不响应授粉、受精，其含量几乎是CK的2倍； Pe中ABA含量逐渐降低，与Ps和CK不同；在4个时期， Pe中SA的含量比对照均高；GAs和JA与‘R35-P’单性结实无关。0 DAA时期是内源激素的主要差异时期。.对用于测定内源激素的样本进行了转录组测序，KEGG富集分析确定了175个与内源激素相关的基因，其中主要包括63 个IAA相关基因，27个ABA相关基因，22个 ETH相关基因，16个CTK相关基因，JA和GA相关基因数量最少。从数量看IAA相关基因最多，预示着生长素在调控‘R35-P’单性结实中起着重要作用。以上差异基因多出现在-2 DAA时期。.对番茄单性结实亲本‘R35-P’和非单性结实亲本‘N’杂交，构建F2分离群体，采用BSA QTL-Seq技术进行测序分析。99%置信水平作为筛选的阈值，定位到了4个区段，利用InDel标记进行遗传连锁分析及定位区间检验，最终将QTL定位在4号染色体末端，位于L3.0ch04: 61528001～62722000区段内。.综合以上实验结果，我们得出以下结论：‘R35-P’座果或落花的命运，早在开花前期就已经确定；‘R35-P’中生长素含量不受授粉和受精的影响，在番茄单性结实座果中起着重要的调控作用，其它激素以协同或拮抗的方式，在特定的子房发育时期，参与调控‘R35-P’番茄的单性结实；番茄单性结实QTL初步定位在4号染色体末端，位于Marker 6和Marker 7 之间，LOD峰值为7.36，贡献率为12.6%，Marker 7 与QTL紧密连锁；本研究获得的QTL，与已报道的其它番茄单性结实突变体的单性结实基因位点大不相同，预示着‘R35-P’是一个新的番茄单性结实突变体。该项目的完成有助于我们更好地理解‘R35-P’单性座果的分子机制，并为我们利用分子手段创制番茄单性结实种质提供理论支持。.