黄瓜多侧枝主效QTL精细定位与图位克隆

Cucumber is one of the most important vegetable crops in China.The lateral branch number is an important agronomic trait for cucumber production and different types of cucumber have different requirements for branch number. Though preliminary QTL mapping have been studied for multiple lateral branch number (MLB) in cucumber by RAPD, AFLP and SRAP markers, molecular biology studies on cucumber are still dropping behind when compared with other plants. The current QTL mapping for MLB is not acurate and linked markers are not reliable in the lab test, which made it difficult for marker-assisted selection in breeding. In this study, the QTL for MLB have been primarily mapped by SSR markers in a RIL population, and deep resequenced and de nove assembly have been made for the two mapping parents. To fine mapping the major QTL for MLB, new SSR, SNP and Indel markers will be identified and selected by in silico PCR and genome alignment. The major QTL for MLB will be further validated by a large F2:3 population for final identification of the candidate gene controlling MLB. Furthermore, the expression porfile of candidate gene will be investigated in different tissue and molecular evolution in cucurbitceace family will be also investigated in this study. Therefore, studies on map-based cloning of the major QTL for MLB will not only help to increase the efficiency of marker-assisted selection in improving cucumber plant architecture, but also provide good foundation to explore the possible branching mechanism in cucumber.

黄瓜是我国主要蔬菜作物之一，不同类型的黄瓜品种对侧枝多少有着不同的要求。目前在黄瓜上关于多侧枝性状的研究还比较落后，虽然已经利用RAPD、AFLP、SRAP等标记对多侧枝QTL进行了初步定位，但是这些定位结果不够精细，标记可靠性也有待提高，难以在育种中满足分子标记辅助选择的需要。本项目在利用SSR标记对重组自交系多侧枝QTL初步定位的基础上，将对亲本进行深度重测序及从头组装，通过电子PCR和序列比对的方法在QTL区域筛选多态性SSR、SNP和Indel等标记对多侧枝主效QTL进行精细定位，并通过进一步对主效QTL在F2:3大群体中验证，最终克隆控制多侧枝主效QTL候选基因，进而研究该基因的表达模式及其在葫芦科作物中的分子进化。这不仅对改良黄瓜品种株型，提高分子标记辅助育种选择效率具有重要意义，同时为揭示黄瓜侧枝发育分子机理、深入研究侧枝发生和调控机制提供研究基础和理论依据。

侧枝数目多少是作物株型改良的一个重要部分，对于作物产量和轻简化栽培等方面具有重要的意义。黄瓜是我国主要蔬菜作物之一，不同类型的黄瓜品种对侧枝多少有着不同的要求。虽然黄瓜上已经利用不同的作图群体和标记对侧枝相关性状进行了QTL定位，但定位结果不够精细，尚未找到控制侧枝数目的基因，难以在育种中满足分子标记辅助选择的需要。为了克隆控制侧枝数目主效QTL，本项目在前期初步定位的基础上，对两个亲本多侧枝自交系H19和少侧枝自交系G421进行了深度重测序，通过在候选区段开发dCAPS标记对侧枝数目主效QTL进行了精细定位。我们根据四年的表型定位结果发现在第6染色体上存在两个稳定的主效QTL，而且具有较高的贡献率。其中一个主效QTL定位在黄瓜第6染色体的ll（little leaf）基因位点，该位点能同时调控叶片、花、果实和种子的大小，这说明该位点同时调控多个性状的发育。在此基础上，我们利用F2大群体进行了更精细的定位，将候选区段定位在一个24 kb的区段内，进一步通过亲本序列比对最终克隆了控制侧枝主效QTL和器官大小的候选基因。它编码一个含有F-box和WD40结构域的转录因子，在该基因第二个外显子上一个SNP的突变引起色氨酸(W)变为甘氨酸(G)氨基酸导致其功能丧失。根据108份黄瓜重测序序列在LL基因CDS编码区的比对发现，共检测到11个SNP变异，其中6个同义突变和5个非同义突变。qRT-PCR和RNA原位杂交结果显示，LL基因在花芽和叶原基以及花原基等细胞分化的早期表达较高而在成熟的器官中表达非常微弱。在拟南芥中过表达LL基因也证实了它会使器官变大同时减少侧枝数目，我们利用分子标记辅助选择将ll位点转入9930背景也进一步证实了LL基因功能缺失后会使器官变小同时增加侧枝数目。研究结果不仅为我们揭示LL基因调控黄瓜器官大小和侧枝数目的分子机理打下了坚实的基础，也为作物器官大小和株型的遗传改良提新的方向。