西瓜果实表皮蜡粉的化学成分与基因定位

• 作者: 何楠 刘文革 朱红菊 李兵兵 袁平丽 豆峻岭 赵胜杰 路绪强 龚成胜
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 西瓜 蜡粉 表皮结构 化学成分 遗传分析 基因定位
• 年，卷（期）: 2019,（9）
• 所属期刊栏目: 园艺
• 页码范围: 1587-1600
• 页数: 14页
• 字数: 11359字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.010

摘要

[目的]蜡粉是植物抵御外界胁迫的第一层保护性屏障,对西瓜果实表皮蜡粉的结构、化学成分、遗传规律进行研究,并预测控制该性状的基因,以便全面了解性状的生理生化作用,发掘候选基因.[方法]试验选用无蜡粉的西瓜自交系‘美佳选黑’(P1)和有蜡粉的西瓜自交系‘FH’(P2)为双亲配制杂交组合,构建六世代群体(P1、P2、F1、F2、BC1P1、BC1P2),利用扫描电子显微镜(SEM)对双亲成熟期果实表皮结构进行观察,通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对蜡粉的化学成分进行测定,以峰面积为指标,定量计算蜡粉化学成分的含量,采用BSA-seq对西瓜表皮蜡粉进行基因初定位,应用BLAST软件将定位区间内的编码基因与多个数据库比对完成基因信息注释,并通过详细的基因注释信息及突变位点分析,快速筛选候选基因.[结果]西瓜果实表皮蜡粉为灰白色,呈致密的板状结构,长度约为5M;无蜡粉材料表皮较为光滑,无蜡粉层附着.GC-MS分析显示,蜡粉中共检测到24种脂肪族化学成分,分别属于烃类、醇类、酯类、酸类、酚类和醛类.包括烃类物质10种,含量占表皮蜡粉有效化学提取物总含量的77.72％,链长变化范围为C17-36,主要为C27、C28、C29、C32、C33、C34、C36的饱和正链烷烃;醇类物质5种,占12.60％;酯类物质5种,占0.43％;酸类物质2种,占0.53％;酚类1种,占0.80％;醛类1种,占3.99％;含量最高的5种化学成分依次为:正三十四烷、正二十九烷、1,30-三十烷二醇、正三十三烷、正二十八烷.在后代群体中,F1、BC1P2群体西瓜果实表皮全部有蜡粉,F2群体有蜡粉和无蜡粉西瓜果实的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例,BC1P1回交群体有蜡粉和无蜡粉分离比符合1∶1的理论比,说明蜡粉的有无符合单基因显性遗传模式,有蜡粉对无蜡粉为显性.对BSA-seq数据进行SNP和InDe1关联分析,关联结果取交集得到1号染色体3.16-4.84 Mb的候选区域,该区域共含有144个基因.数据库比对结果显示,在关联区域中,共138个基因有功能注释,包括10个非同义突变,1个移码突变.结合已有文献报道,其中5个非同义突变基因可能与西瓜表皮蜡粉的生成有关:C1a002367为烯酰ACP-还原酶(ECR)类基因,该类基因是特长链脂肪酸合成所必须;C1a011514、C1a002337和C1a002342为细胞色素P450(CYP)家族基因,该家族部分编码蛋白能够通过烃基羟化等反应催化脂肪族化合物的生成;C1a002353的基因注释信息为ABC转运体,ABC转运体与蜡质分子的转运息息相关.[结论]西瓜果实表皮蜡粉为板状结构,主要由特长链脂肪酸衍生成的脂肪族化合物组成.该性状是单基因遗传,有蜡粉为显性性状.BSA关联分析得到1号染色体1.68 Mb的关联区域,并预测关联区域中C1a002367、C1a011514、C1a002337、C1a002342、C1a002353这5个非同义突变基因为调控西瓜果实表皮蜡粉性状的候选基因.