番茄果实重量主效基因FW6.3的图位克隆及功能分析

Fruit weight is an important component of tomato yield. The development of variety with large fruit is hence one of the most important goals of tomato breeding. Therefore, map-based cloning and functional analysis of the key genes that control fruit weight will not only help to clarify the molecular mechanism of tomato fruit development, but also have important practical significance for tomato breeding. The applicant of this project has been studying the domestication and genetic improvement of tomato fruit weight for many years. Recently, the applicant identified the fruit weight 6.3 (fw6.3), a major dominant quantitative trait locus (QTL) controlling fruit weight in tomato, through QTL-seq and traditional QTL mapping. fw6.3 could increase fruit weight by up to 35.2%. fw6.3 also could account for 1.053 of d/a valule and 0.118 of R2 valule (an index represents the phenotypic variation explained by the QTL). fw6.3 has been narrowed down to a 248 kb region on chromosome 6. This project will ⑴ determine FW6.3 gene through fine-mapping and transgenic complementation test; ⑵ Examine the evolutionary history of the fw6.3 locus through the molecular diversity and phylogenetic analysis of FW6.3 gene; ⑶ Analyze the function of FW6.3 gene through comparing the yield-related traits, fruit cell number and cell size, transcriptome of the fruits of wild type, fw6.3 near isogenic line, and transgenic line. The results of this project will not only facilitate us to understand the molecular mechanisms controlling cell size in tomato fruit, but also provide an important genetic recourse for tomato genetic improvement.

果实重量是番茄产量构成的重要因素，培育大果的品种是番茄育种的重要目标之一。因此，对控制果实重量的关键基因进行克隆及功能分析，不但有助于阐明番茄果实发育的分子机制，而且对于指导番茄的丰产育种也具有重要的意义。申请人长期从事番茄果实重量驯化与分子改良研究。最近定位了一个影响果实重量的显性主效QTL fw6.3。它可使果实重量增加35.2%，其遗传贡献率（R2值）可达0.118，d/a值可达1.053。它已被定位在6号染色体248 kb的区段内。本项目拟在此基础上，对FW6.3基因进行图位克隆及转基因功能互补验证；结合360份番茄材料重测序结果，分析FW6.3基因的自然变异形式及进化模式；结合其不同等位基因对产量相关性状、果实细胞数量和大小、果实组织转录组的影响，分析FW6.3基因的功能。研究结果不仅有助于阐明番茄果实重量形成的分子机理，而且为番茄遗传改良提供了重要的基因资源。

fw6.3是一个控制番茄果实重量的超显性主效位点，具有较好的育种应用价值。本项目主要进行了番茄果实重量主效基因FW6.3的精细定位、定位区间序列变异分析；并分析了FW6.3不同等位基因对果实发育和产量相关性状的影响。本项目将番茄果实重量主效基因FW6.3精细定位到103 kb的范围内。根据国际番茄基因组基因注释ITAG3.2版本，该区段编码17个基因。第二代重测序分析表明，番茄亲本在该定位区间没有SNP和小片段InDel等序列变异。如今正利用基因组第三代测序和BAC文库进行结构性变异分析。FW6.3大果等位基因能显著增加成熟果实的长度和直径。通过测量不同发育时期的果实，果实长度和直径均在开花后15天的果实开始呈现显著性差异，推测FW6.3基因在果实发育早期起作用。对成熟果实果皮进行徒手切片分析，发现FW6.3大果等位基因能增加果皮细胞层数，而细胞面积没有显著变化。说明FW6.3大果等位基因是通过增加细胞数量而增加果实重量。成熟果实代谢组分析表明，在含FW6.3大果等位基因的近等基因系果实中上调和下调的差异代谢物各14种，多数与类黄酮物质代谢通路有关。FW6.3大果等位基因还可以显著增加每穗花数，但对始花时间、始花节位、每穗果数、果实可溶性固形物等性状没有显著影响。本项目实验结果为解析番茄果重主效基因FW6.3的功能和育种应用价值奠定了坚实的基础，同时为后续研究提供了重要的线索。本项目主要研究结果相关的文章正在撰写中。部分相关内容已经发表SCI论文1篇、中文核心期刊论文1篇。培养博士研究生1名，硕士研究生3名，其中1名博士研究生和2名硕士研究生已经毕业。项目投入65万元，支出58.0308万元，各项支出与预算基本相符。剩余经费6.9692万元，剩余经费将用于该项目的后续研究。