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【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5 μm;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InDel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：Cla002367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;Cla011514、Cla002337和Cla002342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;Cla002353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Cla002367、Cla011514、Cla002337、Cla002342、Cla002353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。 相似文献
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【目的】对西瓜白色和柠檬黄色果肉的色素成分、色素含量、遗传规律进行研究,通过BSA-seq进行基因定位,并预测与柠檬黄色果肉相关的候选基因,为深入研究西瓜柠檬黄色果肉的遗传与分子机制奠定理论基础。【方法】本研究选用‘冰糖脆’（Ⅰ P1,白色果肉）和‘喜华’（Ⅰ P2,柠檬黄色果肉）,‘萨省奶油瓜’（Ⅱ P1,白色果肉）和‘新金兰选’（Ⅱ P2,柠檬黄色果肉）4份纯合自交系材料为亲本分别配置杂交组合,构建了两个六世代群体。利用高效液相色谱法（HPLC）对4个亲本材料4个不同发育时期的类胡萝卜素组分和含量进行测定。利用集群分离分析法（bulked segreant analysis,BSA）实现对两个BSA-seq群体（BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ）的初定位,然后根据西瓜参考基因组‘97103’V2注释信息挖掘候选基因,并通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对候选基因进行验证。【结果】在西瓜果实发育过程中,紫黄质和叶黄素在双亲中差异性积累,其中紫黄质具有更高的含量,且在柠檬黄色果肉中的含量显著高于白色果肉。成熟期西瓜白色果肉中紫黄质含量为（10.96±4）μg·g-1DW,柠檬黄果肉中紫黄质含量为（22.84±2）μg·g-1 DW;成熟期西瓜白色果肉中叶黄素含量为（2.23 ±1）μg·g -1 DW,柠檬黄果肉中叶黄素含量为（3.97±1）μg·g-1 DW。在构建的两组六世代分离群体中,Ⅰ F1、Ⅱ F1、Ⅰ BC1P1、Ⅱ BC1P1群体西瓜果肉颜色均为非柠檬黄色,F2群体中西瓜果肉非柠檬黄色与柠檬黄色的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例,Ⅰ BC1P2、Ⅱ BC1P2回交群体果肉非柠檬黄色和柠檬黄色分离比符合1∶1,表明西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。通过对BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ数据进行SNP和InDel关联分析,将控制西瓜果肉柠檬黄色的主效位点定位在6号染色体24.00—24.61 Mb的区域内,该区域内共有70个基因。结合西瓜参考基因组注释信息及qRT-PCR表达量分析,最终得到5个与西瓜果肉柠檬黄色有关的基因,其中Cla97C06G121680、Cla97C06G121700和Cla97C06G121890均与叶绿体的形成和叶绿体结构大小有关,这3个基因通过干预有色体的形成影响西瓜果肉颜色;Cla97C06G121910是一种响应乙烯合成的AP2转录因子,与果实成熟密切相关,通过影响果实成熟造成果肉中类胡萝卜素的积累;Cla97C06G122090具有跨膜转运作用,在类胡萝卜素的跨膜运输中起作用。【结论】西瓜白色和柠檬黄色果肉中主要色素为紫黄质和叶黄素,且柠檬黄色果肉中的色素积累量显著高于白色果肉。西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。BSA-seq分析将调控西瓜果肉柠檬黄色形成的一个主效位点定位于6号染色体24.00—24.61 Mb区间内,推测Cla97C06G121680、Cla97C06G121700、Cla97C06G121890、Cla97C06G122090、Cla97C06G121910是与西瓜果肉柠檬黄色形成相关的候选基因。 相似文献
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【目的】西瓜是一种广受欢迎的夏季水果,籽用西瓜（籽瓜）、黏籽西瓜和普通西瓜是3种重要的栽培类型,但对其果实中代谢物全面鉴定的研究很少,比较这3种西瓜果实的代谢组学差异,为明确驯化改良对不同类型西瓜代谢组的影响提供新见解。【方法】试验以5份籽用西瓜、5份黏籽西瓜和6份普通西瓜为材料,对成熟期果肉进行广泛靶向代谢组学检测,采用SIMCA-P、MetaboAnalyst 5.0、Origin等软件对代谢组数据进行分析。【结果】LC-MS分析共检测到323种代谢物,包括51种氨基酸及其衍生物、21种核苷酸及其衍生物、14种碳水化合物、32种有机酸、52种脂质、36种类黄酮、32种羟基肉桂酰衍生物等。PCA和聚类分析显示,籽用西瓜和黏籽西瓜的代谢组学轮廓差异较小,籽用西瓜的代谢组轮廓介于黏籽西瓜和普通西瓜之间。对分类贡献率较大的代谢物是蔗糖、柠檬酸、L-谷氨酸、L-苏氨酸、葫芦素类、香草酸糖苷异构体、脂质类等。聚类热图分析显示黏籽西瓜中特有的代谢物是葫芦素及其衍生物等,籽用西瓜中的绿原酸、LysoPE脂质类等化合物含量较高,普通西瓜中的糖类、精氨酸、阿魏酸及C18-2和C18-3不饱和脂肪酸等物质含量较高。比较分析共鉴定出156种差异代谢物,籽用西瓜与黏籽西瓜的主要差异代谢物有对香豆醛、阿魏酸、肉桂酸、蔗糖、葫芦素D O-葡萄糖苷、葫芦素E异构体、牡荆素、松柏醇等。籽用西瓜与普通西瓜的主要差异代谢物有脂质类、类黄酮类、有机酸类和糖类等。随着作物进化的程度增加,营养类代谢物质含量增加,抗性相关的代谢物质含量减少。【结论】籽用西瓜和黏籽西瓜的果实代谢组差异比籽用西瓜和普通西瓜的差异小,籽用西瓜的代谢轮廓介于黏籽西瓜和普通西瓜之间。除了表型和基因组差异外,代谢组差异也可以作为区分品种的重要依据。本研究首次在代谢组学水平比较了3种类型西瓜果实的差异,对深入理解西瓜种质资源,培育保健型西瓜新品种有重要的指导意义。 相似文献
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