野生西瓜种质PI189225抗蔓枯病基因的精细定位及候选基因分析

Watermelon (Citrullus lanatus L.) is the highest ranked vegetable and the production of watermelon fruits has increased steadily in China. In recent years, because of the ever increasingly utilized protected cultivation facilities such as high tunnels and greenhouses, gummy stem blight has become increasingly severe, especially in those areas with cool growing seasons accompanied by intense fogs and dews. Breeding of resistant cultivars is the best approach to minimize loss from the disease. In this study, F2 and F2：3 populations derived from a cross between K3(GSB susceptible watermelon cultivar) and PI189225(GSB resistance wild watermelon gerplasm) will be used as experimental materials. DNA bulked segregate analysis (BSA) in combination with SLAF-seq technology will be used to locate the chromosome location of the genes and identify molecular markers tightly linked to the resistance genes. Identification and expression analysis of candidate genes associated with resistance to gummy stem blight will also be conducted. The results of this study will not only lay a solid foundation for marker-assisted selection and gene cloning, but also provide a reference for the gene mapping of other agronomic traits, which has important theoretical and practical significance.

西瓜产业在我国农村经济中占有重要地位。近年来随着西瓜栽培面积的不断扩大，尤其是设施西瓜栽培面积的迅速发展，由高温高湿引起的西瓜蔓枯病的发生日趋严重，成为影响西瓜可持续发展的重要障碍。培育抗病品种成为控制这种病害的最有效措施。本研究以高抗蔓枯病野生西瓜种质PI189225和高感蔓枯病的西瓜品种K3构建的F2和F2:3群体为材料，采用混合群体分离分组法结合SLAF-seq技术，开发SNP及InDel标记，对西瓜蔓枯病抗性基因进行分子标记定位。在初定位基础上，进一步以更大的次级分离群体为材料，利用初步定位获得的与抗蔓枯病基因两侧连锁SNP标记，通过传统凝胶电泳电泳和基于竞争性等位基因特异性PCR（Kompetitive Allele Specific PCR，KASP）的基因分型技术进行重组株筛选，最终实现该基因的精细定位，并应用于品种改良。在精细定位区间内进行蔓枯病抗性候选基因的筛选和接种后不同时期的表达分析。本研究的结果不仅为西瓜分子标记辅助选择育种、基因克隆等研究奠定基础，而且为其他农艺性状基因定位提供参考，具有重要的理论和实践意义。

西瓜是世界范围内重要的水果之一。我国既是西瓜的生产大国，也是消费大国，其栽培面积占世界总面积的60%以上，产量占70%以上，人均年消费量更是世界平均水平的2～3倍，已成为增加农民收入、促进农村发展的重要经济作物。近年来随着我国西瓜栽培面积的不断扩大，尤其是设施西瓜栽培面积的迅速发展，由高温高湿引起的西瓜蔓枯病的发生日趋严重，严重影响了西瓜以及其他重要瓜类作物的产量和品质。虽然抗病品种的利用被认为是最安全、有效和经济的手段，由于在长期的西瓜育种进程中，育种家多关注和选择具有更甜、更红和更大的西瓜性状，导致栽培西瓜品种丢失了大量的抗病和抗逆等优良基因，造成我国乃至世界范围内，主栽的西瓜品种大多都不具有包括蔓枯病抗性在内的抗病和抗逆性，严重制约了西瓜的可持续生产。本研究以高抗蔓枯病野生西瓜种质PI189225和高感蔓枯病的西瓜品种K3构建的F2和F2:3群体为材料，采用混合群体分离分组法结合二代高通量测序技术，以及采用基于KASP的SNP标记分型技术，将抗性QTL位点定位于西瓜第八号染色体短臂上一个571.2kb的区间内，两侧的SNP标记分别为KASP_JS9383和KASP-JS9168，跨越约1.9cM的遗传距离，区间内共有19个注释基因，其中有2个基因为抗病性相关基因，分别为Cla001017和(CC-NBS-LRR resistance protein)和Cla001019(pathogenesis-related)。进一步采用RT-qPCR方法分析了两个候选基因在感病亲本K3和抗病亲本PI189225中的表达模式，其中Cla001017在K3中的表达高于接种前的PI189225，并且该基因在接种后高度上调。相比之下，Cla001017在PI189225中的表达在6hpi时先被高度诱导，然后在12hpi和24hpi时降低。Cla001019在抗性亲本PI189225中的相对表达高于感病亲本K3，接种后，抗病亲本PI189225中Cla001019在6hpi处的相对表达水平明显高于感病亲本K3，且相对基因表达水平的变化趋势在两个亲本之间相似。以上结果表明，这两个候选基因在西瓜抗GSB中起重要作用。本研究的结果不仅为进一步克隆该抗病基因和相关研究奠定基础，而且对抗蔓枯病西瓜分子育种和抗蔓枯病西瓜新品种培育具有重要的应用前景。