摘要
西瓜(Citrullus lanatus L.)是世界重要的园艺作物，西瓜果肉硬度是影响西瓜货架期长短的一个重要因素，也是影响消费者选择的重要指标。影响西瓜果实硬度主要因素有果肉质地、细胞壁结构与成分、激素等，它们之间有正向也有负向调控关系。因此探究这些因素与果实硬度相关性，综合考虑各性状间的相互作用，对于选育硬度适宜的优异西瓜品种，并应用于西瓜产业具有重要意义。本研究利用软果肉栽培西瓜品系“W1-1”和硬果肉黏籽西瓜品系“PI186490”开展西瓜中心果肉硬度主效基因定位及候选基因分析等研究，以“W1-1”为母本，“PI186490”为父本，构建六世代群体，分析中心果肉硬度遗传规律，通过BSA-seq和构建遗传连锁图谱，定位控制西瓜中心果肉硬度的主效基因。同时测量亲本不同发育时期中心果肉质地参数、细胞壁物质含量、激素含量、细胞大小及排列和基因表达水平，并结合定位结果，鉴定目标区段内候选基因，以期为西瓜中心果肉硬度分子标记辅助选择育种奠定理论基础，加快育种进程，主要研究内容和结果如下: 1.西瓜中心果肉硬度遗传规律分析。“W1-1”和“PI186490”的中心果肉硬度在F2、BC1P1和BC1P2群体中均呈正态分布，根据主基因+多基因遗传模型六个世代联合分析法进行遗传规律分析，结果表明西瓜中心果肉硬度符合E-3(MX2-A-AD)模型，即2对加性-主基因+加性-显性多基因，第一对主基因的加性效应为负向，第二对主基因的加性效应为正向，多基因的加性效应为负向、显性效应为正向，且F2群体中主基因遗传率88.27％，多基因遗传率0.93％，合计89.20％。 2.西瓜中心果肉硬度主效基因定位及候选基因分析。利用“W1-1”和“PI186490”的F2分离群体，进行BSA-seq分析并利用153个CAPS标记构建了一张遗传连锁图谱，结合F2∶3表型数据共获得3个与西瓜中心果肉硬度相关的QTL(CH2.1、CH6.1和CH8.1)。CH2.1位于2号染色体W2-1811213和W2-23770587两标记之间，物理距离约为5.66Mb，贡献率为17.42％，加性效应-1.0409。CH6.1位于6号染色体W6-12805511和W6-13817233两标记之间，物理距离约为1.01Mb，贡献率为33.39％，LOD值为9.8275，加性效应-1.5907。CH8.1位于8号染色体W8-207553和W8-403137两标记之间，物理距离约为195kb，贡献率为24.44％，加性效应为0.0118，3个QTL的总贡献率为75.25％。6号染色体的目标区段内候选基因Cla004102为生长素响应蛋白基因，在两份亲本材料中差异表达;8号染色体目标区段内候选基因C1a012507为MADS-box转录因子，该转录因子已在很多作物上被报道与果实的成熟软化密切相关，推测Cla00410和C1a012507是控制西瓜中心果肉硬度的主效基因。 3.“W1-1”和“PI186490”各发育时期果肉质构仪参数分析。硬果肉西瓜“PI186490”各发育时期在硬度、咀嚼性、内聚性、弹性和回复性上的数值均高于软果肉西瓜“W1-1”，硬度和咀嚼性的变化趋势相似，均表现为在果实发育初期数值上升，至授粉后21天时达到最大值，而后下降后又稍有所上升;内聚性和回复性的变化趋势相似，均表现为整体上呈持续下降趋势。相关性分析表明硬度与咀嚼性、弹性和回复性均表现为显著正相关，相关系数分别为0.908、0.815和0.411。在西瓜果实质地的评价中，可以将硬度、咀嚼性、弹性和回复性作为重要评价指标。 4.“W1-1”和“PI186490”各发育时期中心果肉原果胶、纤维素和半纤维素含量分析。不同发育时期“PI186490”中原果胶、纤维素和半纤维素含量均高于“W1-1”，相关性分析表明，西瓜中心果肉硬度与原果胶、纤维素和半纤维素含量呈显著正相关，相关系数分别为0.679、0.640和0.815。两西瓜品种在细胞壁物质含量上差异，可能是影响西瓜中心果肉硬度的主要原因。 5.“W1-1”和“PI186490”的各发育时期中心果肉生长素(IAA)和脱落酸(ABA)含量分析。IAA含量在软果肉西瓜“W1-1”成熟早期含量较高，随果实成熟生长素含量不断降低，硬果肉西瓜“PI186490”的IAA含量有相似的变化趋势，且在各发育时期均低于“W1-1”。ABA含量在“W1-1”的发育初期含量较低，随着果实成熟，ABA含量不断上升，而“PI186490”发育过程中ABA含量一直维持在较低水平。相关性分析表明，西瓜中心果肉硬度与IAA和ABA含量呈显著负相关，相关系数分别为-0.554和-0.479。两西瓜品种在激素含量的差异，也可能是影响西瓜中心果肉硬度的主要原因。 6.“W1-1”和“PI186490”各发育时期中心果肉细胞观察。在发育初期，同一视野下“PI186490”细胞数目显著多于“W1-1”，细胞小而紧密排列，两西瓜品种的发育过程中细胞均随果实发育不断扩大，但任一发育时期下的“PI186490”细胞相比于“W1-1”，均表现为细胞更小、细胞数目更多、细胞排列更紧密、细胞边缘更清晰。西瓜果实质地的变化可能也与果肉细胞的大小及排列相关。 7.转录组分析。通过对“W1-1”和“PI186490”不同发育时期中心果肉转录组数据的常规分析和WGCNA分析，获得了一些与果实软化相关的细胞壁酶和激素相关的基因，如聚半乳糖醛酸酶(PG)、果胶酯酶(PME)、生长素响应蛋白、脱落酸受体、乙烯反应转录因子、糖基转移酶和扩展蛋白等。这些基因在两个亲本发育时期差异表达，可能通过调控细胞壁代谢和激素代谢等途径调控西瓜果实的成熟软化。
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