华南型黄瓜全雌基因的图位克隆及功能验证

Gynoecious genes play an important role in sex differentiation, fruit development and yield formation of cucumber, but up to now, only one gynoecious gene, named CsACS1G gene, was cloned from American fresh cucumbers. Whether there is the diversity in gynoecious genes from different types cucumbers has been a concern. In previous study, we found gynoecious character of South China-type cucumber B36, was controlled by one pair of dominant genes and the gynoecious gene was located between 6B-167 and 020673 markers with a distance of 0.23 Mb. The gene locus was different from CsACS1G gene sites and it was a new gynoecious gene locus. Detection and analysis of the location region using genome re-sequencing technology showed compared to South China-type weak female cucumber S6, there were 35 mutant loci produced in 19 genes in B36 cucumber. In this study, we plan to implement finer mapping using SSR, Indel and SNP polymorphism molecular markers and F2 population of B36 and S6 to narrow the scope of candidate genes and ultimately clone the gynoecious gene. Subsequently, biological function of the gynoecious gene will be verified by gene silencing and over-expression in cucumber. In this study, we will explore the loci,structures and function of gynoecious gene from South China-type cucumber and document that there is the diversity of gynoecious genes in different type cucumbers.

全雌基因对黄瓜性别分化、瓜果发育及产量形成具有重要作用，但到目前为止仅从美洲鲜食黄瓜中克隆到CsACS1G全雌基因。不同类型黄瓜的全雌基因是否存在多样性一直是人们关注的问题。本研究组在前期研究中发现华南型黄瓜B36的全雌性状受一对显性基因控制，并将其定位于6B-167和020673标记之间，距离为0.23 Mb。该定位区域与CsACS1G基因位点不同，是一个新的全雌基因位点。利用基因组重测序技术对该定位区域进行检测和分析的结果显示与华南型弱雌黄瓜S6相比，B36中有19个基因的35个位点发生了突变。本研究拟通过SSR、Indel、SNP等多态性分子标记与B36和S6的F2代群体对全雌基因进行进一步定位，缩小候选基因范围并最终克隆该基因。随后,利用基因沉默和过量表达技术对该全雌基因的生物学功能进行验证。本研究将探明华南型黄瓜全雌基因位点、结构及功能，并证明全雌基因在不同类型黄瓜中存在多样性。

黄瓜全雌性状与产量直接相关而备受到分子生物学研究者和育种专家的广泛关注。到目前为止，仅从美洲鲜食黄瓜中克隆到一个全雌基因CsACS1G。本课题组在前期研究中发现华南型黄瓜B36的全雌性状受一对显性基因控制，并将其定位于黄瓜第六号染色体0.23Mb区间内。本项目研究利用SLAF-seq技术和重测技术在第6号染色上开发的亲本间多态性indel标记，对全雌基因进行精细定位，最终将全雌基因定位于indel 25329381和indel 25340622两个标记之间，区间物理距离为11.2 kb，该区间有三个基因即C21、C22、C23，三个基因在基因编码区在B36和S6中均无碱基变异，但C21在内含子区域有1个碱基突变，C23在5'-UTR处有1个碱基突变。同时，我们对这三个基因在B36和S6中的表达进行了分析，结果显示C21、C23基因表达在B36和S6间存在差异，其中C23差异最大，于是，我们选择C21和C23作为全雌基因的候选基因。利用转基因沉默和过量表达技术对C21、C23的雌性功能分别进行验证，结果显示对于过量表达，C23基因在S6转基因植株中的表达量与野生型无显著差异，表达量很低，转基因植株的雌性表型未发生明显变化，而C23基因在B36转基因沉默植株表现出雌性由全雌转变成弱雌表型；对于C21基因而言，无论是沉默植株还是过量表达植株均无明显雌性表型变化，因此，我们推断C23是华南型黄瓜B36中的全雌基因。通过生物信息学分析可知C23基因是具有锌指结构的GATA转录因子，这与CsACS1G基因不同，CsACS1G是乙烯合成途径基因。另外，对C23的亚细胞定位结果表明其定位于细胞核中。本项目研究在华南型黄瓜中发现了一个新的全雌基因，与前人发现的CsACS1G基因不同，是一个具有锌指结构的GATA转录因子，这也表明黄瓜全雌基因具有多样性，雌性性状可能存在多种调控机理，为进一步揭示黄瓜雌性调控机制打下基础。