甜瓜幼苗耐冷性評價體系構建及耐冷性相關位點的挖掘.pdf

1、甜瓜是世界十大水果之一，在中國種植面積廣泛。早在《神農本草經》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，甜瓜秧苗經常受到低溫天氣的影響，造成苗期延長、果實品質下降，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建及基于甜瓜核心種質的耐冷性全基因組關聯(lián)分析，研究結果為進一步深挖甜瓜耐冷相關基因、優(yōu)異種

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

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

4、D+0.097Pro+0.042CRI+0.084RDW+0.206OFW，其預測精度大于93.0％。
　　2.甜瓜核心種質耐冷性的變異。厚皮甜瓜幼苗經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，兩指標在秋季的CV和H'均要低于春季相應值。春季CRI與秋季CII顯著相關，相關系數(shù)為0.260。薄皮甜瓜幼苗經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'大于秋季相應值，春季CRI的CV和H'小于秋季相應值。薄皮甜瓜幼苗春季CII和秋季CRI相關

6、系數(shù)為0.06，春季CRI和秋季CRI相關系數(shù)為0.146，相關性不高。觀察發(fā)現(xiàn)CII與CRI呈顯著負相關。
　　3.甜瓜分子水平遺傳多樣性分析。191個SSR位點在核心種質（192份）中共檢測到973個等位基因，不同SSR標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.聚類分析和群體結構分析。利用NTSYS2.1軟件采用UPM

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

9、種質重疊，P2和Ⅰ亞群有71份種質重疊，顯示了兩種分析結果的高度的一致性。
　　5.連鎖不平衡分析。厚皮甜瓜群體內有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，結果發(fā)現(xiàn)兩個群體內普遍存在LD并隨著位點間距離的增大而衰減。本研究標記平均距離約為1.2cM，可以滿足關聯(lián)分析的要求。
　　6.關聯(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標記與耐冷性(CII和CRI)的關聯(lián)程度。共發(fā)現(xiàn)107個與幼苗耐冷性顯著關聯(lián)的位點(P＜0.05)，其中32個呈極顯著水平(P＜0.01)。厚皮種質群體

11、中，共發(fā)現(xiàn)52個關聯(lián)位點，其中，CMCT505、SSR018207在兩個環(huán)境條件下重復出現(xiàn)，表型解釋率均在0.3以上;薄皮種質群體中，共發(fā)現(xiàn)55個關聯(lián)位點，其中，HNM40在兩個環(huán)境條件下重復出現(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)境下反復出現(xiàn)。

12、綜合考慮兩個群體在不同環(huán)境中的關聯(lián)結果，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性。
　　7.優(yōu)異等位基因的表型效應及其載體材料。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