西瓜种子大小一个主效QTL克隆及种子大小遗传结构分析

The flesh watermelon is expected to be small seeds, while egusi watermelon requires large seeds in watermelon breeding. The inheritance of watermelon seed size was studied in the early stage of this project, and a major QTL（ss）for seed size(including seed length, seed width and seed weight) was identified on chromosome 6 by using the Whole-genome re-sequencing and BSA analysis. In this project, the BCF2 population derived from the RILs by Marker Assisted Selection will be used to fine map the ss gene. The parental molecular markers polymorphism were developed on the basis of the whole-genome re-sequencing.The enlarged F2 population which was employed in preliminary mapping and BCF2 populations will be genotyped by the markers of seed size. Combined the phenotypes and genotypes of the BCF2 population,the ss gene will be narrowed down,annotated and cloned.Then we will validate the function of candidate gene by sequence diversity analysis of ss gene for watermelon germplasms in GWAS, qRT-PCR gene expression and gene genetic transformation. At the same time, the mapping of ss gene in watermelon will developed by GWAS analysis, which can check the result of bi-parental population. The gene loci related to seed size in natural population will be analyzed in different watermelon ecotypes, which will clarify the genetic architecture for seed size.The results of present study can be used molecular marker assisted selection for seed size and genetic improvement in watermelon, illuminate function of ss gene and the genetic structure for seed size formation of watermelon, Which has important theoretical and applied values.

西瓜育种中，瓤用西瓜期望小种子，而籽用西瓜则要求大种子。项目前期研究了西瓜种子大小的遗传规律，运用全基因组重测序结合BSA分析，在6号染色体上找到一个主效QTL，将其命名为（ss）。以该主效QTL为目标，结合分子标记辅助选择，筛选得到重组自交系单株与父本回交再自交得到回交分离群体（BCF2），在重测序的基础上于候选区域内开发分子标记，结合表型数据实现ss基因精细定位，进而克隆候选基因。随后，开展自然群体中ss基因序列多样性分析，qRT-PCR基因表达分析及基因遗传转化分析。同时，利用GWAS分析定位西瓜种子大小相关基因，验证双亲群体定位的结果并分析不同生态类型西瓜分别有多少基因位点控制种子大小，阐明西瓜种子大小的遗传结构。研究开发的紧密连锁标记可用于西瓜种子大小分子标记辅助选择和及其定向遗传改良。同时，阐明西瓜种子大小基因ss的功能及种子大小遗传结构，具有重要的理论和实际价值。

西瓜种子大小相关性状对种子的发芽、幼苗的生长、瓤用品种的果实品质（剖面），籽用品种的种子大小、产量等具有重要影响。本研究利用5个种子大小不同的西瓜品系构建的3个F2分离群体及144份自然群体，开展了西瓜种子大小基因“ss”（seed size）精细定位、候选基因克隆、功能分析、全基因组关联分析（GWAS）及西瓜种子遗传结构分析等研究。以小种子K1及中等种子L1为亲本研究种子大小相关性状的遗传规律，并分析各性状之间的相关性，结果显示种子长度（SL）、种子宽度（SW）、种子厚度（ST）及种子百粒重（100SWT）在F2分离群体中呈连续性分布，具有明显的双峰，说明该群体中种子大小性状是受一对主效基因控制的数量性状。SL、SW、ST及100SWT均互相呈极显著正相关。利用全基因组重测序结合BSA法将主效基因定位在6号染色体上127.9kb（5,342,953-5,470,866bp，97103 V1）的区段内，并初步推测Cla009289为该群体中调控西瓜种子大小的主效基因。两中等种子K2及L1为亲本的F2群体中种子大小相关性状均呈现为连续分布，表现为数量性状的遗传特征。SL、SW及100SWT均呈极显著正相关。利用GBS结合双亲重测序技术将西瓜种子大小基因候选区段定位在2号染色体上91.4 kb（33,387,525-33,478,951 bp，97103 V2）的区段内，并初步推测Cla97C02G045370.1为该群体中主效基因。GWAS分析则在4，6，7，10号染色体上检测到了控制种子大小的潜在QTL位点。利用大种子GWAS-224及中等种子GWAS-63为亲本构建的F2群体中SL、SW及100SWT呈连续分布，表现出数量性状的遗传特征，通过BSA-seq法在2号染色体上定位到一个种子大小主效QTL，物理距离为1.1 Mb（32,466,797-33,591,498 bp，97103 V2）。本研究可为进一步开展种子大小相关基因克隆，深入阐明西瓜种子大小遗传结构的解析提供参考，为西瓜种子大小分子标记辅助育种奠定基础。以本项目第一标注发表了SCI论文1篇，国际会议论文1篇，国家级核心期刊论文7篇，培养硕士研究生5名。