基于BSA-seq和RNA-seq的西瓜裂刻叶候选基因挖掘

摘要

裂刻叶是植物适应环境的重要特征，挖掘西瓜裂刻叶相关基因对西瓜育种、遗传改良及叶缘形态发育的分子调控机制研究具有重要意义。首先以西瓜裂刻叶自交系SW246（P₁）与全缘叶自交系SW247（P₂）为亲本，通过杂交构建六世代遗传群体（P₁、P₂、F₁、F₂、BC₁P₁、BC₁P₂）；后采用BSA-seq进行基因定位，并结合转录组测序RNAseq数据进行关联分析，从而挖掘叶片裂刻关键调控基因。遗传分析结果表明：在后代群体中，F₁、BC₁P₁群体西瓜叶片均为裂刻叶，F₂群体裂刻叶和全缘叶的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例，BC₁P₂群体裂刻叶和全缘叶分离比符合1∶1的理论比，说明裂刻叶和全缘叶性状符合单基因显性遗传模式，裂刻叶对全缘叶为显性。BSA-seq分析发现SNP和InDels关联交集位于4号染色体23164320—24976967 bp内，长度1.81 Mb，包含171个候选基因。其中在此区间亲本间存在非同义突变的SNP共22个，混池间存在非同义突变的SNP共16个；亲本间存在移码突变的InDel共3个，混池间存在移码突变的InDel共4个。联合BSA-seq与RNA-seq分析发现共有26个基因显著相关。此外，通过对BSA-seq和RNA-seq联合分析得到的4个候选基因及26个显著相关基因进行生物信息学分析、转录因子预测和基因注释，推测结果发现：1个编码PPR蛋白的基因（Cla97C04G076940），与HD-Zip、TCP、LOB、E2FDP、TIFY等转录因子相关；另有1个与IAA-氨基酸水解和E3泛素连接酶相关的基因，该基因可能在叶缘性状的调控过程中发挥关键作用。本研究可为进一步精细定位西瓜裂刻叶调控基因奠定基础。

关键词

西瓜 / 裂刻叶 / BSA-seq / RNA-seq / 候选基因

基金资助

宁夏农林科学院农业高质量发展和生态保护科技创新示范项目(NGSB-2021-7-02)