黄瓜子叶再生能力遗传分析及控制基因的挖掘

As the basis of in vitro rapid propagation and genetic transformation of cucumber regeneration system the cucumber biotechnology research and germplasm resources of innovation are of great significance, especially with the completion of the cucumber genome sequencing and the development of functional genomics, also needs a stable, efficient regeneration system to provide technical support, but the most serious problems currently restricting its development is still low regeneration frequency regeneration system adaptability. There are significant differences in regenerative capacity between different strains of cucumber, but the genetic mechanism is not clear. Its launches research to the cucumber reproductive property difference appears especially important. In this project, the inheritance and gene mapping of cotyledon regeneration differences will be studied using a RIL population derived from the cross of two sequenced cucumbers. 109 cucumbers are referencing materials, through genome-wide association study to mine gene closely related to the cotyledon regeneration, look for associated loci. From the perspective of molecular genetics, interpret the causes of regeneration differences between genotypes, and to provide a theoretical basis and practical information for the establishment of an efficient and stable cucumber cotyledon regeneration system.

黄瓜再生体系作为离体快繁和遗传转化的基础对黄瓜生物技术研究和种质资源创新都具有重要意义。特别是随着黄瓜基因组测序的完成及功能基因组学的开展，更需要稳定、高效的再生体系提供技术支撑，但目前制约其发展的最严重问题依然是再生频率低、再生体系适应性差。可见黄瓜不同品系之间在再生能力上存在着明显差异，但遗传机理又尚不明确，因此对黄瓜再生能力差异进行研究显得尤为重要。本项目拟在利用两份已经测序完成的黄瓜材料构建的RIL群体为基础，研究子叶再生能力差异的遗传规律，并进行基因定位；利用109份黄瓜重测序材料，通过全基因组范围内的关联分析发掘与子叶再生控制基因紧密关联的SNP，寻找相关的基因位点。本项目将从分子遗传学角度解读基因型间再生差异的成因，为建立快速、高效、稳定的黄瓜子叶再生体系提供理论依据和实用信息。

黄瓜再生体系作为离体快繁和遗传转化的基础对黄瓜生物技术研究和种质创新都具有重要意义。特别是随着黄瓜基因组测序的完成及功能基因组学的开展，更需要稳定、高效的再生体系提供技术支撑，但目前制约其发展的最严重问题依然是再生体系适应性差，且这种由基因型带来的再生差异至今无人从遗传角度进行解读。本项目利用两份已测序的黄瓜材料构建的RIL群体进行子叶再生能力差异的遗传分析和初定位；而后对109份黄瓜核心种质材料的子叶再生差异进行全基因组关联分析，发掘相关的SNP位点；最终通过初定位及全基因组关联分析结果的相互验证，实现黄瓜再生控制基因的精细定位，预测候选目的基因；并对候选基因进行表达分析和功能验证。.本研究利用已测序的9110Gt和9930及由两者为亲本构建的RIL群体在两种诱导培养基上的子叶再生数据进行遗传分析和染色体初定位，证明黄瓜子叶再生芽频率受两对加性-上位性主基因、无多基因模型（B-1-1）控制，主基因遗传率87.67%，共检测到与黄瓜子叶再生芽频率相关的QTL位点8个，分布在1、3、6号染色体上，可解释8.2—18.6%的表型变异。在两种诱导培养基上重复检测到C1bin264-266，该位点不易受环境影响，在不同的培养基上表现稳定。对黄瓜核心种质的子叶再生频率数据进行全基因组关联分析，共检测到37个显著相关SNPs(p≤0.00001)，且全部位于QTL定位区域内。结合初定位及全基因组关联分析结果，将候选基因范围进一步缩小到6个，其中Csa1G642540是一个与体细胞胚胎发生相关的热激蛋白基因。表达分析显示经过诱导培养后该基因在9930的子叶外植体中表达量最高，其次是F1，9110Gt最低，与再生频率变化趋势一致。从RIL群体中选择5对高度相似的自交系，经诱导培养后只有候选基因Csa1G642540在所有自交系中发生表达上调。而后构建Csa1G642540的过表达载体，利用9110Gt进行遗传转化，抗性再生植株PCR阳性率8.6%，卡方检测再生植株后代中子叶高再生频率与低再生频率符合3:1的分离比例，证明该基因在黄瓜子叶再生过程中发挥着重要作用。.本项目从分子遗传学角度解读造成黄瓜基因型间再生差异的成因，揭示再生差异的遗传规律，不仅为黄瓜再生差异控制基因的挖掘奠定了基础，更有助于构建高效稳定的黄瓜遗传转化体系，为后基因组时代黄瓜基因的功能研究提供有力的研究工具。