基于重測序的超密遺傳圖譜揭示 甜瓜蔓枯病抗性相關(guān)基因

胡仲遠 楊景華 張明方

目的與意義： 蔓枯病（Gsb）是甜瓜的重要病害，在南方多雨地區(qū)設(shè)施環(huán)境下高發(fā)，嚴重影響產(chǎn)量和品質(zhì)。選育抗病品種是防治蔓枯病最常用、也是最經(jīng)濟有效的方法之一。本研究希望闡明甜瓜抗蔓枯病遺傳特性，構(gòu)建基于單核苷酸多態(tài)性（SNPs）的甜瓜高密度遺傳圖譜，對抗蔓枯病基因進行定位，以獲得控制甜瓜蔓枯病抗性的候選基因。

材料與方法： 以抗病品種甜瓜HS和感病品種XH自交系為親本，構(gòu)建F1，F(xiàn)2和BC1群體，對其接種蔓枯病病菌用于遺傳分析，F(xiàn)2遺傳分離群體用于構(gòu)建遺傳圖譜并定位候選Gsb抗性基因。提取親本（HS和XH）和F2 群體的150個單株的基因組DNA，并進行全基因組重測序。通過親本序列的比對共發(fā)掘1，188，159個SNP分子標記，并以重組區(qū)塊bin作為分子標記，構(gòu)建了總圖距為1 987.06 cM，平均圖距為0.18 cM，包含13275個bin標記的超高密度遺傳圖譜。結(jié)合12個連鎖群的圖譜和分型數(shù)據(jù)，以及150個單株F2群體對甜瓜蔓枯病的抗病情況，進行抗病性狀關(guān)聯(lián)分析。采用軟件rQTL的區(qū)間作圖（IM）方法進行QTL定位分析。通過實時熒光定量PCR 技術(shù)對候選基因在接種蔓枯病后不同時期不同組織器官中實時熒光定量PCR 分析。最終通過從6個抗病品種自交系和5個感病品種自交系中擴增候選基因全長序列進行比較分析。

結(jié)果與分析： （1）通過蔓枯病菌對甜瓜親本HS和XH自交系以及F1、F2、BC1的人工接種鑒定，親本HS抗病，親本XH感病，F(xiàn)1全部抗病，F(xiàn)2的抗∶感=3∶1，BC1的抗∶感=1∶1，因而確定蔓枯病抗病性是由顯性單基因控制。（2）構(gòu)建了1個超密度的甜瓜遺傳圖譜，基于12 932個重組區(qū)標記，包含1 188 159個SNP，覆蓋1 818 cM，相鄰bin標記之間的平均距離為0.17 cM。92%的scaffold成功錨定到染色體上。（3） 在4號染色體上鑒定了具有2個bin標記（Block13188和Block13179）的0.667 cM區(qū)域，在HS和XH基因分型過程中，鑒定出具有71個分布良好的SNP的scaffold（CM3.5_scaffold00018），在該區(qū)域注釋獲得了8個候選基因（原圖6A，原表3）。（4） 候選基因MELO03C012987在接種蔓枯病菌的HS和XH中顯著上調(diào)表達，且在MELO03C012987基因中發(fā)現(xiàn)了1個非同義SNP。來自6個抗病和5個感病的甜瓜自交系的MELO03C012987基因分型顯示，所有5個感病株系在非同義SNP上是堿基A，與XH相同。6個抗性品系中，5個具有與HS植物中的堿基G。然而，其中一個HP9818在該處是G或A，是1個雜合基因型（原圖6）。

結(jié)? ? 論： 本研究首先明確了甜瓜蔓枯病的抗感遺傳為單基因顯性遺傳。以F2為構(gòu)圖群體，通過基因組重測序構(gòu)建了首張?zhí)鸸铣呙芏冗z傳圖譜（bin標記平均遺傳距離0.17 cM），將甜瓜抗蔓枯病基因定位在了位于4號染色體CM3.5_scaffold00018的3.94～4.05 Mb的區(qū)域內(nèi)，通過深入研究，最終確定MELO03C012987基因在抗感病品種中有1個非同義的SNP，導致賴氨酸被谷氨酸取代。進一步分析發(fā)現(xiàn)該基因為編碼類似于ACRE146的蛋白。該超高密度遺傳圖譜可用于改進已發(fā)表的甜瓜基因組組裝，以及重要性狀的候選基因定位。