甜瓜幼苗耐冷性評價體系構(gòu)建及耐冷性相關(guān)位點的挖掘.pdf

1、甜瓜是世界十大水果之一，在中國種植面積廣泛。早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有記載“甜瓜蒂為上品藥材”，其栽培歷史距今已有千余年。甜瓜為喜溫植物，對低溫敏感，整個生長期都要求較高的溫度。但在越冬及早春提前栽培過程中，甜瓜秧苗經(jīng)常受到低溫天氣的影響，造成苗期延長、果實品質(zhì)下降，因此對甜瓜耐低溫性進行研究顯得十分重要。為此，本研究進行了甜瓜幼苗耐冷性評價體系的構(gòu)建及基于甜瓜核心種質(zhì)的耐冷性全基因組關(guān)聯(lián)分析，研究結(jié)果為進一步深挖甜瓜耐冷相關(guān)基因、優(yōu)異種

2、質(zhì)創(chuàng)新及培育耐冷新品種奠定基礎(chǔ)。本研究結(jié)果如下:
　　1.甜瓜幼苗耐冷性評價體系的構(gòu)建。以甜瓜核心種質(zhì)中篩選出的19份遺傳背景差異明顯的種質(zhì)為材料，測定低溫脅迫下幼苗的9個形態(tài)指標(biāo)和8個生理指標(biāo)，利用主成分分析、聚類分析、回歸分析等多元統(tǒng)計方法對各指標(biāo)的耐冷系數(shù)（α值）進行綜合分析，評價不同種質(zhì)的耐冷性。結(jié)果表明，低溫脅迫下甜瓜幼苗的形態(tài)和生理指標(biāo)發(fā)生了明顯的變化，其α值的變異系數(shù)均大于10％，生理指標(biāo)的α值變化更為明顯。主成分分

3、析將原有的17個指標(biāo)轉(zhuǎn)換為7個獨立的綜合指標(biāo)，其累計貢獻率達84.64％，以此計算各種質(zhì)的隸屬函數(shù)值，并以主成分的貢獻率進行加權(quán)，最終獲得所有種質(zhì)耐冷性的綜合評價值（D值）。基于D值的聚類分析將所有種質(zhì)按耐冷性強弱劃分為3類，其中“歐金”為耐冷性最強的種質(zhì)，“許金1號”等11份種質(zhì)具有中等耐冷性，“秋香”等7份種質(zhì)耐冷性較弱。通過逐步回歸分析建立了甜瓜幼苗耐冷性評價的數(shù)學(xué)模型:
　　D=0.048+0.048POD-0.119SO

4、D+0.097Pro+0.042CRI+0.084RDW+0.206OFW，其預(yù)測精度大于93.0％。
　　2.甜瓜核心種質(zhì)耐冷性的變異。厚皮甜瓜幼苗經(jīng)過低溫脅迫后耐冷性多樣性指數(shù)H'平均為1.93，說明厚皮甜瓜幼苗多樣性豐富，可能存在耐冷性相關(guān)基因。春秋兩季的耐冷指數(shù)變異系數(shù)最小為16.32％，最大為32.02％，說明厚皮材料在受低溫脅迫后不同材料間差異較大。春季CII(Chilling-Injury Index)和RI（Rec

5、overy Index）變化基本一致，但秋季的一致性不明顯，兩指標(biāo)在秋季的CV和H'均要低于春季相應(yīng)值。春季CRI與秋季CII顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.260。薄皮甜瓜幼苗經(jīng)過低溫脅迫后耐冷性多樣性指數(shù)H'平均為1.41，幼苗差異也較大，尤其是秋季CRI變異系數(shù)高達6022％。春季CII與CRI變化基本一致，秋季一致性不明顯。春季CII的CV和H'大于秋季相應(yīng)值，春季CRI的CV和H'小于秋季相應(yīng)值。薄皮甜瓜幼苗春季CII和秋季CRI相關(guān)

6、系數(shù)為0.06，春季CRI和秋季CRI相關(guān)系數(shù)為0.146，相關(guān)性不高。觀察發(fā)現(xiàn)CII與CRI呈顯著負(fù)相關(guān)。
　　3.甜瓜分子水平遺傳多樣性分析。191個SSR位點在核心種質(zhì)（192份）中共檢測到973個等位基因，不同SSR標(biāo)記檢測到的等位基因數(shù)(Na)為2～13，平均有效基因數(shù)為5.094。多態(tài)性信息含量(PIC)范圍0.148～0.888，平均值為0.531。在124份厚皮材料中共擴增出954個條帶，等位基因數(shù)(Na)為2～1

7、3，平均有效基因數(shù)為4.995。PIC變幅0.119～0.882，平均值為0.504。在68份薄皮甜瓜群體中共擴增出701個條帶，等位基因數(shù)(Na)為2～11，平均有效基因數(shù)為3.709。PIC變幅0.03～0.857，平均值為0.298。以上數(shù)據(jù)表明本研究所選取的191個SSR位點在甜瓜種質(zhì)中變異明顯，供試材料的遺傳多樣性豐富，厚皮甜瓜的遺傳多樣性高于薄皮甜瓜。
　　4.聚類分析和群體結(jié)構(gòu)分析。利用NTSYS2.1軟件采用UPM

8、GA聚類方法將192份種質(zhì)分為兩類(Ⅰ、Ⅱ)。Ⅰ組共71份材料，包含66份薄皮種質(zhì)，9份厚皮種質(zhì);Ⅱ組共117份材料，包含115份厚皮種質(zhì)，2份薄皮種質(zhì)。Structure分析可將192份甜瓜材料劃分為2個類群(P1、P2)。P1類群含有121份種質(zhì)，厚皮種質(zhì)117份，薄皮種質(zhì)4份，是一個典型的厚皮亞群;P2類群包含71份種質(zhì)，薄皮種質(zhì)64份，厚皮種質(zhì)7份。Structure分析結(jié)果中的P1和NTSYS2.1聚類結(jié)果中的Ⅱ亞群有115份

9、種質(zhì)重疊，P2和Ⅰ亞群有71份種質(zhì)重疊，顯示了兩種分析結(jié)果的高度的一致性。
　　5.連鎖不平衡分析。厚皮甜瓜群體內(nèi)有1278個位點組合處于高度LD狀態(tài)(D'≥0.5)，其中符合統(tǒng)計概率P＜0.01支持的有951對，占總位點組合數(shù)的5.24％;薄皮甜瓜群體內(nèi)有8630對位點組合處于高度LD狀態(tài)（D'≥0.5），符合統(tǒng)計概率P＜0.01支持的有3669對，占總位點組合數(shù)的20.65％。薄皮群體LD程度更高，更適合關(guān)聯(lián)分析。分別選擇同一

10、連鎖群上的SSR位點間連鎖不平衡程度衡量值R2為指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個群體內(nèi)普遍存在LD并隨著位點間距離的增大而衰減。本研究標(biāo)記平均距離約為1.2cM，可以滿足關(guān)聯(lián)分析的要求。
　　6.關(guān)聯(lián)分析。分別以厚皮群體和薄皮群體的Q值為協(xié)變量，采用一般線性模型(GLM)檢測薄皮群體和厚皮群體內(nèi)標(biāo)記與耐冷性(CII和CRI)的關(guān)聯(lián)程度。共發(fā)現(xiàn)107個與幼苗耐冷性顯著關(guān)聯(lián)的位點(P＜0.05)，其中32個呈極顯著水平(P＜0.01)。厚皮種質(zhì)群體

11、中，共發(fā)現(xiàn)52個關(guān)聯(lián)位點，其中，CMCT505、SSR018207在兩個環(huán)境條件下重復(fù)出現(xiàn)，表型解釋率均在0.3以上;薄皮種質(zhì)群體中，共發(fā)現(xiàn)55個關(guān)聯(lián)位點，其中，HNM40在兩個環(huán)境條件下重復(fù)出現(xiàn)，表型解釋率在0.1以上。通過兩個群體對比發(fā)現(xiàn)CMCT505、SSR015399、SSR015829、CMCTTN175、CMTAN142、ECM182、ECM88在兩個不同群體中均能被檢測到，其中CMCT505在不同群體的不同環(huán)境下反復(fù)出現(xiàn)。

12、綜合考慮兩個群體在不同環(huán)境中的關(guān)聯(lián)結(jié)果，初步篩選出的9個位點:CMCT505、SSR015399、SSR015829、SSR018207、SSR010993、SSR032536、HNM40、DE1329和SSR031575，這些位點在不同的環(huán)境和不同群體中具有一定的重復(fù)性。
　　7.優(yōu)異等位基因的表型效應(yīng)及其載體材料。本研究中發(fā)掘到春秋兩季對厚皮甜瓜幼苗受冷害程度減效明顯的等位變異CMCT505-203和SSR018207-258