基于转录组测序的甜瓜白粉病抗性相关基因挖掘

Melon powdery mildew is one of the most important diseases which restrict melon production. Study of melon powdery mildew resistant molecular breeding started late, the main bottleneck is there are few useful resistance resources, and there is need of the depth improvement in powdery mildew resistance related gene discoverying and development of melon powdery mildew resistant related molecular markers. Therefore, in this study, powdery mildew resistant melon line MR-1 and powdery mildew sensitive melon line Topmark are used as experimental material. Transcriptome sequencing data from different time points after powdery mildew infection of resistent and sensitive melon will be analyzed, using high-throughput sequencing methods and transcriptome study method to reveal the gene expression changing pattern in the process of powdery mildew infection and construct gene regulatory network; The melon powdery mildew resistence relevant proteincoding genes and miRNA genes will be found, the interaction of powdery mildew resistance related miRNA genes and their target genes will be verificated; Determine the major genes of melon powdery mildew resistance, and isolate the major genes refer to the molecular marker mapping and gene localazation results; Through the melon genetic transformation of the resistance genes and other methods to clarify melon powdery mildew resistance gene function. At the same time, the implementation of this study will find resistance related polymorphism SNP and InDel markers. These results will provide a theoretical basis for melon powdery mildew resistance molecular marker-assisted and genetic engineering breeding.

甜瓜白粉病是制约甜瓜生产的重要病害。甜瓜抗白粉病分子育种起步较晚，主要瓶颈是可以利用的抗源较少，在白粉病抗性基因挖掘及分子标记开发领域的研究有待提高，因此，本研究以及抗甜瓜白粉病品系MR-1和易感品系Topmark为研究对象，在不同侵染时间提取叶片总RNA，采用转录组测序方法，经生物信息学分析，研究甜瓜在感染白粉病菌过程中的基因表达变化情况，构建基因调控网络；筛选差异表达编码基因及miRNA基因，开展甜瓜白粉病抗性相关miRNA基因与靶基因相互作用生物学验证；确定甜瓜抗白粉病主效基因，结合分子标记定位结果，克隆甜瓜白粉病抗性主效基因；通过抗性基因对甜瓜的遗传转化等手段，阐明甜瓜白粉病抗性基因功能；同时本研究的实施将发现抗病相关多态性SNP和InDel等分子标记，以期为甜瓜白粉病分子标记辅助选择育种及基因工程育种提供技术支持。

甜瓜白粉病制约甜瓜生产。甜瓜抗白粉病分子育种起步较晚，可以利用的抗源较少，白粉病抗性基因挖掘及分子标记开发领域的研究有待提高。本研究以甜瓜白粉病抗病品系MR-1和易感品系Topmark为研究对象，不同侵染时间提取叶片总RNA进行转录组测序，发现过氧化物酶等ROS相关酶类在MR-1中高表达。我们还完成了miRNA的差异表达分析，发现11个与防御过程相关的miRNA基因在MR-1与Topmark的白粉病侵染过程中显著差异表达，通过靶基因与miRNA互作实验以及靶基因的生物功能分析，我们确定Cm-miR2118为甜瓜白粉病抗性关键miRNA基因。.此外，本研究还以MR-1为母本，Topmark为父本，构建六世代群体，六世代分析结果表明白粉病P. xanthii生理小种1的抗病基因为单显性基因。通过对266个F2植株的抗病性鉴定和分子标记分析，构建一张包含203个CAPS标记的甜瓜遗传连锁图谱，将白粉病1号生理小种抗病基因定位在第12号染色体M12-GH和M12-TE两个标记之间，距离分别为 0.63cM和0.42cM，对应物理距离为330kb，对该区域的49个预测基因进行碱基序列的单核苷酸多态性分析，发现23个基因具有非同义单核苷酸多态性，包括亮氨酸富集（Leucine-rich repeat，LRR）类R基因，过氧化氢酶类（Peroxidase）基因，抗坏血酸氧化酶类（L-ascorbate oxidase），锚定蛋白类（Ankyrin repeat-containing protein）等植物抗病相关基因。经荧光定量分析结果显示，在抗病与感病甜瓜表达量存在较大差异的6个基因：R基因（MELO3C002393, MELO3C002392），锚定蛋白（MELO3C002434，MELO3C002437, MELO3C002441）, 过氧化氢酶类（MELO3C002457）为可被认为甜瓜白粉病抗病候选基因。综合以上正向遗传学、miRNA分析以及转录组分析三个方面实验结果，本研究推测位于12号染色体上的M12-GH和M12-TE两个标记之间，与miR2118互作的MELO3C002393基因可能为高抗白粉病甜瓜MR-1中关键的白粉病抗病候选基因。本研究为今后克隆甜瓜白粉病抗性基因，阐明甜瓜白粉病抗性机理奠定了坚实基础，同时为甜瓜白粉病分子辅助选择育种提供了可靠的分子标记。