菠菜性别分化相关基因筛选与功能分析

Spinach（Spinacia oleracea L.） is one of the important leafy vegetable crop in China. It is phenotypic diversity and its sexuality is determined by genetic and environmental factors. It’s difficult to distinguish between female and male plants in seedling, which has a great impact on the breeding process. Although there are some molecular markers for sex identification between the male and female plant, these markers are not able to distinguish between gender lines (Monoecious). The control on the sex differentiation of the key spinach gene and its regulation mechanism is not clear. This project will analyze the spinach gender differentiation/monoecious linkage marker and the QTL of the spinach F2 population, using association analysis and differential expression gene profiles analysis, discuss the molecular mechanism of spinach gender differentiation/Monoecious, and develop spinach gender differentiation associated SNP molecular markers and apply to breeding. This study will enhance the understanding of the sex differentiation of spinach and its genetic regulation mechanism , and improve the application of molecular marker-assisted selection in breeding.

菠菜是我国重要的叶用蔬菜之一，其性型受基因及环境因素共同影响且性型分化多样，在苗期难以区分雌、雄株，对育种进程有较大影响。虽然已有菠菜雌、雄株性别鉴定的分子标记和性型遗传规律分析的报道，但这些标记的在使用上具有品种局限性且不能够区分两性株（雌雄同株），而且菠菜的性型分离亦未得到完全解释，关于菠菜性别分化关键控制基因及调控机理尚不清楚。本项目以菠菜F2性型分离群体为对象，采用关联分析、差异表达基因分析等方法，开展菠菜性别分化/雌雄同株连锁标记及主效QTL分析，发掘出控制菠菜性别分化/雌雄同株的候选基因或位点，探讨菠菜性别分化/雌雄同株的分子机理，开发菠菜性别分化相关的SNP分子标记并应用于育种。本项目的实施对提高菠菜性别分化调控基因功能及调控机理的认识以及性型分子标记辅助选择育种的运用具有重要的理论意义和应用价值。

菠菜是我国重要的叶用蔬菜之一，其性型受基因及环境因素共同影响且性型分化多样，在苗期难以区分雌、雄株，对育种进程有较大影响。虽然已有菠菜雌、雄株性别鉴定的分子标记和性型遗传规律分析的报道，但菠菜对于性型分离规律尤其是两性株（雌雄同株）的尚未得解释，关于性别分化关键控制基因及调控机理尚不清楚。本项目以菠菜F2性型分离群体为研究对象，采用关联分析、差异表达基因分析等方法，开展了菠菜性别分化/雌雄同株主效QTL分析和候选基因挖掘的研究。首先我们利用F2分离群体的271个单株，基于性别表现构建不同的性型DNA池进行简化基因组测序，构建的遗传图谱并进行多座位QTL模型检测，共检测到3个控制菠菜性别的QTLs，集中分布在第4号染色体上。结合候选基因表达模式等分析，最终筛选到4个候选MADS-box基因。为进一步研究雌雄同株性状的分化规律，我们构建了表型稳定的BC3F8雌雄同株表型的代换系群体，对群体中的不同类型雌雄同株（受光温诱导产生强雌雄同株表型和完全雌株）的材料，进行不同光/温条件处理，我们发现光质处理对雌雄同株类型菠菜性型分化的影响强于温度和光照时间处理，而对于完全雌性株的性型分化没有影响，结合候选MADS-box基因的类型及表达模式分析，我们猜测菠菜的雌雄同株表型受光温诱导的基因调控。它们明确的功能和调控过程有待进一步的功能验证。. 本研究发掘出控制菠菜性别分化/雌雄同株的候选基因或位点，探讨菠菜性别分化/雌雄同株的分子机理，开发菠菜雌性系育种技术并应用于育种实践。本项目的实施加深了对菠菜两性株性型分化分化规律和主要调控基因及可能的调控机理的认识，为进一步开发性型分子标记奠定了基础，对菠菜分子辅助选择育种的运用具有重要的理论意义和应用价值。