基于重測序的超密遺傳圖譜揭示 甜瓜蔓枯病抗性相關基因

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，在南方多雨地區設施環境下高發，嚴重影響產量和品質。選育抗病品種是防治蔓枯病最常用、也是最經濟有效的方法之一。本研究希望闡明甜瓜抗蔓枯病遺傳特性，構建基于單核苷酸多態性（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，構建F1，F2和BC1群體，對其接種蔓枯病病菌用于遺傳分析，F2遺傳分離群體用于構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掘1，188，159個SNP分子標記，并以重組區塊bin作為分子標記，構建了總圖距為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。結合12個連鎖群的圖譜和分型數據，以及150個單株F2群體對甜瓜蔓枯病的抗病情況，進行抗病性狀關聯分析。采用軟件rQTL的區間作圖（IM）方法進行QTL定位分析。通過實時熒光定量PCR 技術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，F1全部抗病，F2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）構建了1個超密度的甜瓜遺傳圖譜，基于12 932個重組區標記，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中顯著上調表達，且在MELO03C012987基因中發現了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? ? 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為構圖群體，通過基因組重測序構建了首張甜瓜超高密度遺傳圖譜（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的區域內，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。進一步分析發現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表的甜瓜基因組組裝，以及重要性狀的候選基因定位。