基于四個遺傳群體的西瓜整合圖譜 構建及重要經濟性狀QTL定位

任毅 張巖 宮國義 張海英 郭紹貴 孫宏賀 蔡萬濤 張潔 許勇

目的與意義：人們長期對于現代栽培西瓜優良性狀的選育使得西瓜遺傳基礎變得狹隘。野生亞種是西瓜育種中優異基因的重要來源，但將野生亞種中的優良性狀基因轉入到現代栽培西瓜中的成功率很低。由于缺乏高質量的遺傳圖譜致使分子標記輔助選擇（MAS）在西瓜中的應用尚未實現，難以在圖譜之間進行整合和比較分析。本研究的目的是整合現有的利用單核苷酸多態性（SNP）和簡單重復序列（SSR）標記構建西瓜整合遺傳圖譜。

材料與方法：使用4種不同雜交組合的西瓜群體作為試驗材料，其分別為栽培品種‘97103和野生種‘PI 296341-FR雜交產生的103株系重組自交系（RIL）F8群體，以及由北美栽培種‘ZWRM50和野生種‘244019（ZWRM × citron） 雜交產生182單株F2群體，164株系 [栽培種Klondike Black Seeded ×栽培種New Hampshire Midget（KBS × NHM）] RIL群體，還有187單株[栽培種Strain II ×半野生種PI 560023 （SII×egusi）] 的F2群體。通過將SNP標記添加到bin來構建整合圖譜。使用不同的計算機軟件來比較共線性數據、測量糖含量、計算遺傳力（h2）置信區間（CI）、分析性狀間的遺傳相關性、聯合分析單一環境和多環境互作效應。

結果與分析：作者整合了SSR（簡單重復序列）標記698個，InDel（插入缺失標記）標記219個， SV（結構變異）標記36個和SNP標記386個來構建整合圖譜。該圖譜包含1 339個標記，跨越798 cM，平均標記間隔為0.6 cM。西瓜基因組的大小為425 Mbp，此處的圖譜每個標記有317 Kb的平均物理區間，使其成為迄今為止最飽和的西瓜數據圖譜。最大數量的標記（159）位于第1號染色體上，其最長遺傳距離為115.4 cM，而第8號染色體僅有90個標記，跨越29.2 cM，使其成為遺傳距離最小的染色體（圖1）。

在栽培種‘97103×野生種‘PI 296341-FR群體中總共繪制了386個SNP標記。因為在4個作圖群體中僅有45個共同的SNP標記，作者選擇單獨的SNP圖譜與整合圖譜進行共線性比較（圖2）。在KBS×NHM，SII×egusi和ZWRM50×citron中分別有216、203和200個共同標記。對于與整合圖譜中共同的標記，4個單獨的圖譜之間存在高度的標記共線性。僅在第1號染色體上的50.7 cM至55.1 cM的區域中，栽培種‘97103×野生種‘PI 296341-FR圖譜和其他3個圖譜之間的標記順序相反。然而，這 3個SNP圖譜在第1號染色體區域中具有高度的標記共線性，因此，這可能是由于遺傳定位過程中計算方法的不同。標記順序良好的共線性表明在西瓜的馴化過程中沒有發生染色體重排。

在栽培種×野生種（97103×PI 296341-FR）RIL群體中檢測到9個明顯的偏分離熱點區域（SDR）。在‘ZWRM50（栽培種）בPI 244019（野生種）F2群體中，檢測到5個SDR（p <0.001）。雖然2個群體在第1、第2、第5號染色體和第10號上都有SDR，但它們位于染色體的不同區域。第10號染色體上的標記在2個群體中都偏向野生種親本（‘PI 296341-FR和‘PI 244019），而第5號染色體上的標記在2個群體中偏向栽培種親本（‘97103和‘ZWRM50）。然而，第1、第2號染色體和11號染色體上的標記在2個群體中偏向不同類型的親本。在第10號染色體上偏向于野生種親本，這可能會阻礙西瓜繁殖過程中經濟性狀種等位基因的轉移。在栽培種‘97103×野生種‘PI 296341-FR RIL群體中檢測到的相對較多的基因組向栽培種親本偏分離。

栽培種 ‘97103 各糖分含量均比 ‘PI 296341-FR高，在RIL群體中，蔗糖、葡萄糖和果糖含量均有超親遺傳存在，RIL群體中糖分含量均有傾向于‘PI 296341-FR，蔗糖含量在RIL群體中含量顯著低于親本‘97103，可能的原因是在RIL群體中蔗糖均被轉化酶分解成果糖和葡萄糖，從而導致了RIL群體表現出果糖積累型。多年多點的種植并鑒定含糖量發現，果糖和葡萄糖及可溶性固形物含量的遺傳力均高于85%，而蔗糖含量的遺傳力只有65%，也表明RIL群體中蔗糖的含量受到轉化酶的影響。

將所有QTL整合到整合圖譜上可以更精細地比較不同群體中定位的QTL位置，并使用標記的物理圖譜位置來鑒定特定性狀的候選基因。除了比較QTL在不同群體中位置之外，整合圖譜還可用于鑒定重要染色體區域中潛在的多態性標記。在第2號染色體上檢測到12個對應于6個果實性狀的QTL，分別為可溶性固形物（Brix）、果實長度（FL）、果實寬度（FWD）、果實質量（FWT），果皮厚度（RTH）和果形指數（FSI）。果實大小和果實含糖量QTL共定位的一個可能解釋是：果實成熟是一個復雜因素，特別是在果實成熟時期廣泛分離的群體中。然而，果實成熟是否在果實糖含量和果實大小QTL的共定位中發揮作用仍有待研究。

結? ? 論：利用西瓜4個親本（包含3個亞種）的遺傳圖構建了1張整合圖譜，該整合圖譜共計包含 SSR 標記689個，InDel標記219個，SNP標記386個，SV標記36個，共計1 339個，遺傳距離798 cM，平均標記間距 0.6 cM。58個已經發表的QTL和12個新發現的QTL已經整合到整合圖譜，其中，新發現的QTL包括西瓜可溶性固形物含量（Brix），果糖（Fru）、蔗糖（Suc）和葡萄糖（Glu）含量QTL。通過整合圖譜將西瓜可溶性固形物含量主效QTL（Brix）定位于 chr2（QBRIX2-1、QBRIX2-2 及QBRIX2-3），這3個主效QTL均與果糖含量 QTL（QFRU2-1、QFRU2-2 和 QFRU2-3）重合。其中2 個QTL（QBRIX2-1 和 QBRIX2-3）與蔗糖含量 QTL（QSUC2-1 和QSUC2-2）重合。通過整合比較分析不同群體下定位的含糖類 QTL 發現 QBRIX2-1、QBRIX2-2 及QBRIX2-3 均能在不同遺傳背景下被檢測到，且位于整合圖的同一區間，表明這些QTL能夠解釋廣泛背景下的遺傳變異。