新疆甜瓜种质资源遗传多样性及野生甜瓜系统生物学研究

Melon (C. melo L.) germplasm with unique background in Xinjiang is important genetic resource in China. Exactly and detailed information of genetic diversity and structure of melon in Xinjiang is bases for effective conservation and sustainable use of these special local germplasm, however, the genetic diversity among local melon germplasm of Xinjiang has not been examined extensively so far, especially molecular DNA markers distributed on melon genome were not assessed on the genetic diversity of theses local germplasm. Accordingly, melon germplasm originated in Xinjiang, thin-skinned melon from eastern China and external accessions belonging to different species/sub-species/a broad range of melon horticultural types given would be studied, using a set of SSR, SRAP and AFLP markers which have been proved valuable for melon germplasm characterization. Firstly, the genetic diversity and structure of melon germplasm in Xinjiang will be assessed, by comparing their genetic variation among/between different groups. Secondly, relationship between melon germplasm of Xinjiang and a previously defined set of domestic, external reference accessions is going to be determined by contrasting their molecular genetic diversity. Lastly, biological characteristics of wild melon collected from Xinjiang will be identified by the way of botanical, cytological analysis, and cross compatible test between wild melon in Xinjiang and the other species/sub-species/botanical varieties of C. melo L. The proposal submitted herein is very significant for theoretical research of melon, such as the origin, evolution and taxonomy of melon, and breeding of melon, such as exploration of genes resistant to diseases or pests, broadening genetic base of Hami-melon and genetic improvement of Hami-melon.

新疆甜瓜地方种质是我国特有的遗传资源，准确地了解新疆甜瓜种质资源的遗传多样性和遗传结构，是有效地保护、研究和利用这些特有地方种质的前提，而目前却缺乏对新疆甜瓜地方种质资源遗传多样性全面的分析，尤其未对其在基因组分子水平进行系统研究。针对以上问题，我们在原有工作基础上，以保存的新疆甜瓜地方种质、我国薄皮甜瓜和国外特定甜瓜资源为试验材料，采用能充分揭示甜瓜种质特性的SSR、SRAP和AFLP三种分子标记方法，通过新疆野生甜瓜、地方品种类群间及类群内的多样性比较，揭示新疆甜瓜种质的遗传多样性和遗传结构特点；通过新疆甜瓜种质与国内外其它特定甜瓜的分子多样性比较，明确新疆甜瓜与国内外特定甜瓜种质的遗传或进化关系；通过植物学、细胞学和杂交亲和性的鉴定，系统分析新疆野生甜瓜的生物学特征。本项研究对甜瓜起源、进化和分类等基础研究与挖掘特异基因、扩大哈密瓜的遗传基础及哈密瓜的遗传改良等应用研究具有重要意义。

新疆甜瓜地方种质是我国特有的遗传资源，准确地了解新疆甜瓜种质资源的遗传多样性，是有效地保护、研究和利用这些特有地方种质的前提，而目前却缺乏对新疆甜瓜地方种质资源遗传多样性全面的了解，尤其没有对其在基因组分子水平进行系统研究。我们以保存的117份新疆甜瓜地方种质和28份国内外特定甜瓜资源为试验材料，采用SSR、SRAP和AFLP三种分子标记方法，研究分析了新疆甜瓜种质的遗传多样性和遗传结构、新疆甜瓜种质与国内外特定甜瓜种质的遗传关系，同时，系统地鉴定了两份新疆野生甜瓜“哈密野瓜”和“吐鲁番野瓜”的形态特征和农艺性状，观察了两份新疆野生甜瓜的有丝分裂和减数分裂染色体行为，并分析了两份新疆野生甜瓜与甜瓜种内不同变种间的杂交亲和性。结果表明：新疆甜瓜地方种质的平均多态性位点数为184、多态性位点百分比为97.55%、平均观测等位基因数、有效等位基因数、Nei’s基因多样性指数和Shannon’s信息指数较高，新疆甜瓜地方种质具有较高的遗传多样性，UPGMA聚类、Structure结构和PCA分析均将新疆甜瓜分为两大类群，各类群又被分为若干个群组，各个群组间具有一定的亲缘关系；新疆甜瓜地方种质可能属于cantalupensis和inodorus两个变种，新疆甜瓜种质与印度、西亚、西班牙的甜瓜种质资源亲缘关系较近，与韩国、日本、美国和前苏联的甜瓜种质资源亲缘关系较远；“哈密野瓜”绝大多数性状与栽培品种对照差异明显，而“吐鲁番野瓜”大部分性状与对照接近，两份野生甜瓜有丝分裂和减数分裂染色体行为与栽培甜瓜无明显差异，“哈密野瓜”与亚种ssp. agrestis和ssp. melo杂交的平均结籽率分别为79.3%和83.4%，“吐鲁番野瓜”与两个亚种杂交的平均结籽率分别为76.1%和79.4%，野生甜瓜与两个亚种杂交的平均结籽率相近，新疆野生甜瓜与甜瓜两个亚种ssp. agrestis和ssp. melo可正常杂交且杂种后代可育，应当被划分在C. melo内。项目研究结果补充了我国甜瓜的起源、进化和分类等基础研究，此外为拓宽新疆甜瓜的遗传背景及提高新疆甜瓜的遗传改良效率提供支撑。