丝瓜全雌基因克隆及功能研究

Gynoecious plays an important role in the sex determination, fruit development and yield formation in sponge gourd. Using gynoecious as female parent to produce hybrid seeds can simplify the process of seed production and improve seed production efficiency. However, basic research related to the gynoecious of sponge gourd is seriously lagging behind. In the preliminary work of this project, we found a gynoecious mutant and genetic analysis indicated that the trait was controlled by a recessive gene. According to the genome data of sponge gourd completed by our group, and then the candidate gene located in 910 Kb on linkage group 9 by using BSA-Seq, and this region contains 94 genes. Based on the above findings, this project aims to (1) screen F2 populations by using molecular markers, and fine-mapping the gynoecious gene; (2) clone the candidate gene in combination with bioinformatics analysis, gene structure analysis, gene function analysis and gene expression analysis; (3) study the function of gynoecious gene by using qRT-PCR, subcellular localization, in situ hybridization and other techniques, and also develop molecular markers closely linked with gynoecious. These results provide a theoretical foundation for revealing the molecular mechanism of gynoecious, enriching the sex determination theory of cucurbitaceous plant. And also helps to cultivate new gynoecious materials and new varieties.

全雌基因对丝瓜性别分化、果实发育及产量形成具有重要作用，利用全雌系作母本生产杂交种，可以简化制种流程，提高制种效率。但丝瓜全雌相关基础理论研究严重滞后。本研究前期发现一个有棱丝瓜全雌突变体，遗传分析表明该性状受一对隐性基因控制。通过构建遗传群体，结合本课题组完成的有棱丝瓜基因组数据，利用BSA-Seq将其定位于9号连锁群910 Kb的范围内，发现该区间含有94个基因。进一步研究表明，该位点与已报道的甜瓜、黄瓜全雌基因不同，可能是新的全雌基因。本研究拟在此基础上，扩大F2群体，缩小定位区间，精细定位全雌基因；综合生物信息学分析、基因结构分析、功能和表达分析，克隆全雌基因；进一步利用qRT-PCR、亚细胞定位、原位杂交等技术，初步研究该全雌基因的功能。本项目的实施将有利于解析丝瓜全雌性状形成的分子机理，丰富和补充葫芦科作物性别分化理论，也有助于创建全雌新材料、培育新品种。

全雌基因对丝瓜性别分化、果实发育及产量形成具有重要作用，利用全雌系作母本生产杂交种，可以简化制种流程，提高制种效率。但丝瓜全雌相关基础理论研究严重滞后。本研究前期发现一个有棱丝瓜全雌突变体W207，遗传分析表明该性状受一对隐性基因控制。通过构建遗传群体，结合本课题组完成的有棱丝瓜基因组数据，利用BSA-Seq将其定位于9号染色体910 Kb的范围内，发现该区间含有94个基因。进一步研究表明，该位点与已报道的甜瓜、黄瓜全雌基因不同，为新的全雌基因。本研究在此基础上，利用HiFi全基因组测序技术，对丝瓜全雌系W207进行De Novo从头测序组装，并进一步结合转录组和公共数据库进行注释。结合S304从头测序结果，对候选区段内基因进行生物信息学分析及功能预测，比较基因在S304和W207中的结构差异和表达差异。结合BSA-Seq和多态性分子标记，将目的基因定位在全雌基因组9号染色体49 Kb区间内，综合编码氨基酸差异、表达差异、基因功能，确定全雌基因并克隆，暂命名GynNAC。进一步利用qRT-PCR等技术，初步研究该全雌基因的表达模式，发现其在雄蕊中表达量显著高于在其他组织中的表达量，推测其可能参与雄花的发育。利用转录组初步解析其调控网络。本项目的实施将有利于解析丝瓜全雌性状形成的分子机理，丰富和补充葫芦科作物性别分化理论，也有助于创建全雌新材料、培育新品种。.已在植物学权威期刊Horticulture Research，Theoretical and Applied Genetics，Frontiers in Plant Science，Physiology and Molecular Biology of Plants等发表相关研究论文4篇，授权发明专利5件，参加国内外学术会议3次，在国际会议International Horticultural Congress 2022做E-Poster 2份。在接下来的1-3年内，预计发表有重要影响力的高水平文章1-2篇。