辣椒第一分枝角度主效QTL的精细定位及候选基因克隆

Plant type is an important factor influencing the planting density and production. The first branch angle (FBA) is the core component trait that defines the various kinds of pepper plant type, however, there are less reports on the study of genetic mapping and gene cloning for the FBA trait in pepper. Using the pepper inbred lines ‘BB3’ (spreading plant type) and ‘GMSK’ (compact plant type) as materials, this study firstly attempts to fine map the major QTL qFBA6.1 controlling the pepper FBA through increasing the marker density of candidate region, building a large F2:3 population for screening recombinants based on the accomplishment of genetic map construction by using the ‘BB3’בGMSK’ F2 population and the preliminary mapping of qFBA6.1 into a 1.84 Mb interval on the pepper chromosome 6. Then, this study is going to identify the important candidate for the qFBA6.1 by sequence comparison, expression and virus induced gene silencing (VIGS) analysis. This project not only has important theoretical significance to uncover the regulatory mechanism for pepper FBA and to enrich the overall understanding of plant branching types, but also has practical value for breeding new pepper varieties with ideotype.

株型是影响作物种植密度和产量的重要因素。第一分枝角度是定义辣椒不同株型的核心构成性状，然而有关辣椒第一分枝角度基因定位与克隆的研究尚鲜见报道。本项目以辣椒开展型自交系‘BB3’和直立型自交系‘GMSK’为材料，在完成遗传图谱构建（基于‘BB3’בGMSK’ F2群体）且将辣椒第一分枝角度主效QTL qFBA6.1初定位于6号染色体1.84 Mb区间的基础上，拟通过候选区间标记加密、构建超大F2:3群体以及筛选重组株，对qFBA6.1进行精细定位；然后，对精细定位区间的候选基因进行序列比较、差异表达和病毒诱导基因沉默（virus induced gene silencing，VIGS）分析，试图确定并克隆qFBA6.1的重要候选基因。开展本项目研究，不仅对阐明辣椒分枝角度调控机理以及丰富对植物分枝方式的整体认识具有重要的科学理论意义，还对选育理想株型辣椒新品种具有实践指导意义。

株型是影响作物种植密度和产量的重要因素，第一分枝角度是辣椒株型的核心构成性状，然而有关它的遗传定位与基因克隆研究尚鲜见报道。本项目首次对辣椒第一分枝角度性状进行了遗传定位和候选基因挖掘研究，主要研究内容包括：（1）两个环境辣椒第一分枝角度的遗传规律分析；（2）两个环境辣椒第一分枝角度的QTL-seq定位；（3）控制辣椒第一分枝角度的重要候选基因分析鉴定；（4）辣椒第一分枝角度重要候选基因的功能分析。获得的主要结果包括：（1）明确了2018春和2019秋两个环境辣椒第一分枝角度的遗传分别符合2对加性-显性主基因+加性-显性多基因遗传模型（E-2模型）和2对等加性主基因+加性-显性多基因遗传模型（E-4模型）；（2）利用QTL-seq定位方法，2018年春季在辣椒3号和8号染色体上检测到5个显著关联区域，2019年秋季在辣椒3号染色体上检测到4个显著关联区域；（3）结合正向基因定位和反向同源基因分析策略，鉴定了3个控制辣椒第一分枝角度的重要候选基因（Capana03g002541，Capana03g003555和Capana03g004567），其中Capana03g003555和Capana03g004567分别是拟南芥TIR1和AXR3的辣椒直系同源基因。TIR1和AXR3都编码生长素信号转导蛋白，而且tir1和axr3-10突变体相对于各自野生型都表现出分枝角度差异，据此推测辣椒的第一分枝角度变化很可能与内源生长素的信号转导差异相关。（4）已经成功构建上述重要候选基因的VIGS载体，正在进行功能分析。本项目研究结果为进一步揭示辣椒第一分枝角度的分子调控机制提供了重要线索。此外，通过该项目研究，培养毕业了1名硕士研究生，发表了3篇SCI论文，申请了2项发明专利。