甜瓜雄性不育基因ms5精细定位及候选基因分离

To identify inheritance of male sterility and detect markers linked to ms-5 gene controlling male sterility using bulked sergeant analysis in F1,F2, F3，BC1P1and BC1P2 population from melon cross of line ms-5 (male sterility) ×HM-1(male-fertile), fine mapping ms-5 gene and investigating chromosome and genomic location in of ms-5 gene, and separating the candidate gene for ms-5; using re-sequence data to detect the difference structure of candidate gene between parental lines the. Male sterility can reduce the cost of F1 hybrid seed production, increase the yield, and ensure the seeds purify, so that male sterility has theoretical and economical values for melon breeding progress. The results will offer theoretical base for cloning male sterility gene, will construct the bases for melon molecular mark assisted breeding, and increase the melon molecular breeding progress.

本研究利用雄性不育植株ms-5与可育植株HM-1配置杂交组合(F1,F2,F3)及回交群体(BC1P1,BC1P2)，分析甜瓜雄性不育ms-5的遗传规律，利用混合分组分析法（BSA）对ms-5基因开展精细定位，找到与ms-5基因紧密连锁的SSR，Indel，CAPs分子标记；依据甜瓜亲本基因组重测序信息，确定其在染色体、基因组位置，筛选分离候选基因；探索候选基因在亲本间的结构差异。雄性不育可降低杂交制种的成本，提高产量，确保种子纯度，因此对甜瓜杂交育种过程具有重要的理论价值和经济价值。研究结果可为克隆甜瓜雄性不育基因提供理论依据；为甜瓜分子标记辅助育种奠定基础，为加速甜瓜分子育种进程提供思路。

甜瓜作为葫芦科重要经济作物具有较强的杂种优势，但是在杂交制种过程中人工去雄会损伤花器，降低产量。雄性不育可降低杂交制种的成本，提高产量，确保种子纯度，对甜瓜杂交育种过程具有重要的理论价值和经济价值。本研究利用甜瓜雄性不育系ms-5与薄皮甜瓜HM-1配置杂交组合(F1，F2)及回交群体（BC1F1，BC2F1），调查分析认为该不育性状为单隐性细胞核雄性不育；对甜瓜雄性不育两用系不同时期的花蕾进行电镜扫描观察，发现雄性不育系花粉发育至花蕾直径2mm 即四分体时期，花粉母细胞生长受阻，可能是甜瓜雄性不育ms-5败育的主要原因；利用F2:3代家系筛选构建可育植株与不育植株纯合基因池，结合SLAF-BSA (Specific-Locus Amplified Fragment, Bulked segregation analysis )测序技术将ms-5定位在甜瓜第9染色体基因组位置为4,304,282 -5,036,784区间，亲本重测序结合Caps标记技术最后将该雄性不育定位在甜瓜基因骨架scaffold000048 区间2522791-2555104之间，该区域覆盖甜瓜基因组30bk，包含六个注释基因，经过qRT-PCR 验证候选基因在甜瓜花蕾不同发育时期表达情况，将AMS（Aborted Microspores） 作为甜瓜雄性不育的候选基因。分析确定AMS 转录因子在亲本中结构差异，发现该基因在亲本间外显子区域有5个SNP 位点突变差异，进一步分析AMS 基因启动子区域结构显示雄性不育系在启动子区域有一个8bp 的缺失，并且存在“G-C”之间的转换，推测这两个结构差异可能与雄性不育相关。构建AMS基因进化树发现甜瓜AMS基因是BHLH 家族转录因子，其编码蛋白在花药绒毡层的发育和小孢子母细胞减数分裂中起重要调控作用，与已发表的甘蓝AMS 基因、拟南芥bHLH 等具有超过90%以上的同源性，而这些基因与植物雄性不育有着直接的作用，尤其在花粉壁发育、绒毡层细胞空洞化、小孢子降解等方面发挥关键作用，因此确定甜瓜AMS 基因为甜瓜雄性不育ms5 候选基因。本研究获得了两个与甜瓜雄性不育连锁的分子标记，为甜瓜分子标记辅助选择育种奠定了基础，研究结果为甜瓜雄性不育系的应用、新品种创新提供了理论依据，可加速甜瓜育种的进程。