新疆哈密瓜果实糖性状QTL定位及其分子调控机制的研究

Sugar content is the key determinant of both consumer acceptance and fruit quality, and is a key index to evaluate melon quality.It has been an important target character in breeding and cultivation.However, sugar content in melon fruit is a complex quantitative trait controlled by multiple genes, which has obvious mutual effect with environment. The research progress of QTL mapping and gene cloning of melon sugar has been slow. To date, there is no gene to promote sugar accumulation which has been cloned, and there is no available molecular marker to aid high sugar material breeding. As the fruit sugar content can only be identified when the fruit ripens, needing more time and effort, seriously affect the breeding efficiency. In this study, the key genes that determine sugar accumulation would be discovered, and molecular regulatory networks would be preliminary analysis by combining QTL localization and transcriptional sequencing, and molecular markers were developed. The results of the project will be used to promote the molecular marker assisted breeding of high sugar Hami melon, and to accelerate the genetic improvement of low sugar materials, and to improve or cultivate new varieties of high quality Hami melon by genetic engineering or gene editing techniques.

糖含量是决定果实品质和消费者认可度最关键的影响因素，是评价甜瓜品质的核心指标，一直是品种选育和栽培生产追求的重要目标性状。然而甜瓜果实糖含量是由多基因控制的复杂数量性状，与环境存在明显的互作效应。甜瓜糖性状QTL定位及基因克隆的研究进展较为缓慢，目前尚无促进糖积累的基因获得克隆，且无切实可用的分子标记辅助高糖材料选育。由于果实含糖量仅能在果实成熟时进行鉴定，较为费时费力，严重影响育种效率。本研究将结合基因组QTL定位和转录组测序分析，挖掘决定糖积累的关键基因，并对糖积累的分子调控网络进行初步解析，开发分子标记。项目研究结果将为推动高糖哈密瓜的分子标记辅助选育、加快低糖材料的遗传改良和利用基因工程或基因编辑技术改良或培育高品质哈密瓜新品种奠定坚实的基础。

糖含量是决定果实品质和消费者认可度最关键的影响因素。本项目以V醉仙和HP及其衍生的F2、RIL群体等为主要研究对象，解析了厚皮甜瓜果实可溶性糖积累规律，并结合高密度遗传图谱和转录组测序对厚皮甜瓜可溶性糖含量等性状进行了QTL定位和候选基因分析，并开发了用于高糖材料筛选的KASP分子标记。研究发现蔗糖含量及蔗糖起始积累时间是造成不同材料不同部位可溶性糖含量差异的主要影响因子；基于WGCNA分析，共构建了14个共表达模块，果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖均与blue模块呈极显著正相关，蔗糖和总糖均与turquoise模块呈极显著负相关，blue模块和turquoise模块主要富集到葡萄糖结合相关的通路(GO:0005536)、蔗糖跨膜转运蛋白活性(GO:0008515)等调控通路和糖卸载相关的代谢通路（GO:0090599；GO:0004565），进一步通过功能注释、双亲序列差异及表达量差异等推测EVM0019800（chr12）、EVM0019855（chr09）、EVM0004730（chr05）和EVM0008118（chr09）等4个基因很可能在双亲可溶性糖积累差异方面发挥着重要作用；基于F2群体和RIL群体，分别利用极端混池测序和构建高密度遗传图谱的方法，并结合转录组表达量分析和前人研究，推测5号染色体上的EVM0020976可能通过调控果实的生长进程，进而影响不同材料间及同一材料不同部位间可溶性糖含量的差异，参与糖酵解和糖异生代谢通路的EVM0000647基因可能通过表达量的差异负向调控厚皮甜瓜心部果肉蔗糖的积累，在12号染色体上筛选出一个在低糖材料持续高表达的基因EVM0005482，具有细胞分裂调控的功能，可能在糖代谢和糖积累的转变过程中发挥着重要作用，同时筛选出一个编码钾离子跨膜转运蛋白活性（potassiumion transmembrane transporter activity）的基因EVM0017288，生产上追施钾肥是提高甜瓜糖分积累的重要措施，推测该基因可能在糖积累中发挥了重要作用。基于EVM0020976和EVM0000647等2个候选基因，分别开发了2组KASP标记，并利用F2、RIL和自然群体进行了初步验证。本研究将为利用分子标记辅助选择育种技术选育和创制高糖材料提供重要技术支持和理论基础。