基于重测序的超密遗传图谱揭示 甜瓜蔓枯病抗性相关基因

    胡仲远 杨景华 张明方

    

    目的与意义： 蔓枯病（Gsb）是甜瓜的重要病害，在南方多雨地区设施环境下高发，严重影响产量和品质。选育抗病品种是防治蔓枯病最常用、也是最经济有效的方法之一。本研究希望阐明甜瓜抗蔓枯病遗传特性，构建基于单核苷酸多态性（SNPs）的甜瓜高密度遗传图谱，对抗蔓枯病基因进行定位，以获得控制甜瓜蔓枯病抗性的候选基因。

    材料与方法： 以抗病品种甜瓜HS和感病品种XH自交系为亲本，构建F1，F2和BC1群体，对其接种蔓枯病病菌用于遗传分析，F2遗传分离群体用于构建遗传图谱并定位候选Gsb抗性基因。提取亲本（HS和XH）和F2 群体的150个单株的基因组DNA，并进行全基因组重测序。通过亲本序列的比对共发掘1，188，159个SNP分子标记，并以重组区块bin作为分子标记，构建了总图距为1 987.06 cM，平均图距为0.18 cM，包含13275个bin标记的超高密度遗传图谱。结合12个连锁群的图谱和分型数据，以及150个单株F2群体对甜瓜蔓枯病的抗病情况，进行抗病性状关联分析。采用软件rQTL的区间作图（IM）方法进行QTL定位分析。通过实时荧光定量PCR 技术对候选基因在接种蔓枯病后不同时期不同组织器官中实时荧光定量PCR 分析。最终通过从6个抗病品种自交系和5个感病品种自交系中扩增候选基因全长序列进行比较分析。

    结果与分析： （1）通过蔓枯病菌对甜瓜亲本HS和XH自交系以及F1、F2、BC1的人工接种鉴定，亲本HS抗病，亲本XH感病，F1全部抗病，F2的抗∶感=3∶1，BC1的抗∶感=1∶1，因而确定蔓枯病抗病性是由显性单基因控制。（2）构建了1个超密度的甜瓜遗传图谱，基于12 932个重组区标记，包含1 188 159个SNP，覆盖1 818 cM，相邻bin标记之间的平均距离为0.17 cM。92%的scaffold成功锚定到染色体上。（3） 在4号染色体上鉴定了具有2个bin标记（Block13188和Block13179）的0.667 cM區域，在HS和XH基因分型过程中，鉴定出具有71个分布良好的SNP的scaffold（CM3.5_scaffold00018），在该区域注释获得了8个候选基因（原图6A，原表3）。（4） 候选基因MELO03C012987在接种蔓枯病菌的HS和XH中显著上调表达，且在MELO03C012987基因中发现了1个非同义SNP。来自6个抗病和5个感病的甜瓜自交系的MELO03C012987基因分型显示，所有5个感病株系在非同义SNP上是碱基A，与XH相同。6个抗性品系中，5个具有与HS植物中的碱基G。然而，其中一个HP9818在该处是G或A，是1个杂合基因型（原图6）。

    结? ? 论： 本研究首先明确了甜瓜蔓枯病的抗感遗传为单基因显性遗传。以F2为构图群体，通过基因组重测序构建了首张甜瓜超高密度遗传图谱（bin标记平均遗传距离0.17 cM），将甜瓜抗蔓枯病基因定位在了位于4号染色体CM3.5_scaffold00018的3.94～4.05 Mb的区域内，通过深入研究，最终确定MELO03C012987基因在抗感病品种中有1个非同义的SNP，导致赖氨酸被谷氨酸取代。进一步分析发现该基因为编码类似于ACRE146的蛋白。该超高密度遗传图谱可用于改进已发表的甜瓜基因组组装，以及重要性状的候选基因定位。