利用GWAS發(fā)掘影響甜瓜果實性狀變異的SSR位點及優(yōu)異等位變異分析.pdf

1、甜瓜是具有重要經(jīng)濟價值的瓜類作物，其果實含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、胡蘿卜素、維生素B1、維生素B2、煙酸、鈣、磷、鐵等營養(yǎng)元素，營養(yǎng)價值極高。甜瓜還有清熱解暑，除煩止渴、利尿的功效，是人們喜愛的夏季果品。中國是厚皮甜瓜的次生起源中心之一，是薄皮甜瓜的初生和次生起源中心，甜瓜種質(zhì)資源豐富，果實性狀變異較大，為產(chǎn)量、品質(zhì)、風味等性狀的遺傳改良提供了試材基礎(chǔ)。在前期的研究中，本課題組構(gòu)建了一個包含189份甜瓜種質(zhì)的核心種質(zhì)，其表型和分子水

2、平上的遺傳多樣性十分豐富，是遺傳研究的優(yōu)良群體。本研究以已構(gòu)建的核心種質(zhì)及擴充種質(zhì)為自然群體，利用在甜瓜染色體上均勻分布的98個SSR標記對自然群體進行全基因組掃描，在分析自然群體的群體結(jié)構(gòu)、親緣關(guān)系、連鎖不平衡及果實性狀表型變異的基礎(chǔ)上，利用一般線性模型（General linear model,GLM）和混合線性模型(Mixed liner model,MLM)檢測標記位點與多環(huán)境條件下果實性狀的關(guān)聯(lián)，發(fā)掘顯著關(guān)聯(lián)的位點和優(yōu)異等位基

3、因，探討利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association studies,GWAS）策略解析甜瓜果實性狀變異的遺傳基礎(chǔ)的可行性，同時也為甜瓜豐產(chǎn)性和高品質(zhì)育種提供標記/基因信息和優(yōu)良載體材料。本研究的主要結(jié)果如下:
　　（1）甜瓜果實性狀的變異分析。對甜瓜核心種質(zhì)及擴充種質(zhì)（192份）的果實性狀進行變異分析，結(jié)果表明，在甜瓜18個果實性狀中，質(zhì)量性狀（果實形狀、果面底色、覆紋形狀、覆紋顏色、果面網(wǎng)紋、網(wǎng)紋分布、

4、網(wǎng)紋粗度、網(wǎng)紋密度、肉色、肉質(zhì)、瓜瓤顏色、瓜瓤水分、香味）的平均遺傳多樣性指數(shù)（H′）為1.22，數(shù)量性狀（果肉厚度、果實長度、果實寬度、單果鮮重和可溶固形物含量）的平均遺傳多樣性指數(shù)為2.02，說明甜瓜果實性狀具有豐富的遺傳變異，且數(shù)量性狀比質(zhì)量性狀的遺傳變異更豐富。
　?。?）甜瓜分子水平的遺傳多樣性。采用序列比對的方法開發(fā)了從甜瓜EST中開發(fā)42個SSR標記，從已經(jīng)發(fā)表的文獻中篩選出56個SSR標記，這些均呈“single-

5、locus”變異，且均勻分布在甜瓜24條染色體上，每條染色體有5~15個標記。用這些SSR標記對自然群體進行基因分型，共計檢測到380位點，每個標記檢測位點數(shù)為2~11個，平均3.88個，He、Ho、I和PIC的變化范圍分別為0.04~0.83、0~0.11、0.12~1.85、0.04~0.81，平均值分別為0.54、0.03、0.94、0.47，稀有等位基因所占比例為2％，說明甜瓜核心及擴充種質(zhì)在分子水平上變異明顯。聚類分析表明，1

6、92份種質(zhì)可分為4個組群，但每個組群包含的種質(zhì)來源地分布較廣，表型性狀差異較大，說明這些種質(zhì)的遺傳背景較為復雜。
　　（3）群體結(jié)構(gòu)和親緣關(guān)系分析?；谪惾~斯算法的群體結(jié)構(gòu)分析表明，192份甜瓜種質(zhì)可劃分為2個類群，即P1和P2，其中P1類群包含71份甜瓜品種(36.98%)，P2類群包含121份甜瓜品種(63.02%)。P1和P2可分別細分為2個亞群（G1、G2和G3、G4）。P1的種質(zhì)主要是薄皮亞種，主要來自中國中東部地區(qū)。P

7、2以厚皮亞種為主，主要來源于國外及我國西北地區(qū)。群體內(nèi)69.80%的任意材料之間的親緣關(guān)系值小于0.05，說明組成自然群體的種質(zhì)之間的親緣關(guān)系較遠，適合進行關(guān)聯(lián)分析。
　?。?）連鎖不平衡。共檢測到3551位點組合處于連鎖不平衡狀態(tài)，共線和不共線的位點間都一定程度的連鎖不平衡，通過計算共線染色體上兩兩標記間的r2值，結(jié)果表明LD水平在甜瓜基因組中隨著遺傳距離的增加而快速的衰減。當r2衰減閾值設為0.20時，平均衰減距離約為6cM。

8、
　?。?）全基因組關(guān)聯(lián)分析。分別利用GLM和MLM模型檢測標記與果實性狀的關(guān)聯(lián)，GLM共檢測到56個關(guān)聯(lián)位點，MLM共檢測到49個關(guān)聯(lián)位點。其中，26個位點均能被兩個模型檢測到，即HNM16、HNM31、CMCTTN175、DM0767、TJ204、HNM20、CMCAN90、DM0035、CM46、CM38、CMBR150、CMCTTN166、CMTC47、DE1557、CM38、HNM12、HNM13、HNM22、HNM31

9、、HNM36、HNM37、HNM38、CMCTTN166、CMCTTN175、CMGA128、HNM18，37個位點至少在2個環(huán)境條件下同時出現(xiàn)，即HNM37、DM0035、HNM36、CM38、HNM13、DM0804、DE1218、CMBR150、HNM20、HNM38、CMCTTN175、CM46、HNM33、HNM16、HNM23、CMCAN90、TJ204、HNM31、DM0767、CMCTTN166、MU44460。通過比較

10、兩種模型的吻合度，發(fā)現(xiàn)MLM模型能很好的控制由群體結(jié)構(gòu)造成的假陽性。
　?。?）優(yōu)異等位變異及其載體材料的發(fā)掘。對兩種模型在不同年份的檢測位點進行篩選，得到重復出現(xiàn)的位點14個，其中12個位點的等位變異在表型之間呈現(xiàn)出顯著差異。對單果鮮重具有明顯增效的等位變異為HNM31-262、HNM37-210和CMCTTN175-135，其載體材料分別是河套冬瓜、白冬瓜和92004；對果肉厚度具有明顯增效的等位變異為HNM31-265和TJ

11、204-216，其載體材料都是PMR-45；對果肉長度具有明顯增效的等位變異為HNM20-162、CMCAN90-136和DM0035-131，其載體材料分別是PI-165508、PI-165508和PI-136192；對果實寬度具有明顯增效的等位變異為HNM18-163，其載體材料分別是PI-164409；對可溶性固形物含量有明顯增效的等位變異為CMBR150-214、CMCTTN166-151和CM38-133，其載體材料分別是PI