西瓜果肉番茄红素含量及果实相关性状QTL分析

刘识 高鹏 王学征 栾非时

目的与意义：番茄红素是重要的天然类胡萝卜素，对人体具有保健作用，同时也是红色果肉西瓜中的主要色素，是决定西瓜果实品质的重要因素之一。栽培西瓜较低的DNA多态性阻碍了高质量遗传图谱的构建和番茄红素含量主效QTL的研究。该研究中，笔者成功地利用自行开发的CAPS标记构建了一个包含16个连锁群的西瓜遗传连锁图谱，该图谱将有利于西瓜果肉番茄红素含量关键基因确定及其克隆的进一步研究，同时为西瓜果肉番茄红素含量分子育种提供行之有效的分子标记。

材料和方法：以红色果肉西瓜自交系‘LSW-177（雌雄同株，外皮深绿色具有深绿色条纹，果实长圆形;中心可溶性固形物含量为7%，边缘为5.5%）和浅黄色果肉西瓜自交系‘Cream of Saskatchewan（简称‘COS，雌雄同株，外皮绿色具深绿色条纹，果实球形;中心可溶性固形物含量为10%、边部8.6%）为亲本，配制F1代并自交及回交获得F2代及BC1P1、BC1P2群体。利用449对西瓜SSR标记（包括23对核心西瓜SSR标记）和556对甜瓜SSR标记在群体中进行筛选。使用Illumina HiSeq 2000高通量测序平台对两亲本进行基因组DNA重测序，运用生物信息学进行SNP位点分析，选择11种限制性内切酶（EcoRI，BsaHI，HindIII，MboII，PstI，ScaI，BamHI，MluI，AluI，DraI和PvuI）对候选SNP位点进行分析，开发CAPS标记;利用高效液相色谱法（HPLC）对F2代单株果肉进行番茄红素含量测定;使用IciMapping V3.3软件，对筛选获得148个多态性标记（40个SSR标记和108个CAPS标记）和234个F2代单株构建遗传连锁图谱构建及QTL分析。

结果与分析：（1）通过对西瓜六世代群体的果肉颜色及番茄红素含量进行遗传分析，西瓜红色果肉为单隐性基因遗传，F1 代果肉呈现出接近于父本的亮黄色，F2代中非红色组（亮黄色+浅黄色）∶红色组符合3∶1的遗传比例（p<0.05）;41株BC1P1群体中，20株呈现红色果肉，而其他21株呈非红色果肉，比例为1∶1。BC1P2群体仅显示两种颜色，亮黄色和浅黄色，未发现红色单株，红色组∶非红色组（亮黄色+浅黄色）的比例为0∶40，符合0∶1分離比例。（2）成熟果实中番茄红素含量的HPLC分析表明，‘LSW-177富含番茄红素，平均含量为（43.56±0.31） μg·g-1，远高于‘COS及F1代果实的（0.23±0.32） μg·g-1和（0.56±0.24） μg·g-1。番茄红素含量在F2代中表现出明显的偏分离特征，低番茄红素单株显著高于高番茄红素单株，变异范围为0.28～69.57 μg·g -1，平均值为（12.49±1.19） μg·g-1。果实长度、宽度、中心及边部可溶性固形物含量在F2代中均呈现正态分布，为典型的数量性状特征。（3）利用构建的遗传连锁图谱对番茄红素含量和果肉颜色性状进行QTL分析，在四号染色体上检测到了一个与番茄红素含量紧密连锁的主效QTL（LCYB4.1），位于CAPS标记WII04E07-37和WII04E07-40之间，距离侧翼CAPS标记WII04E07-37和WII04E07-40的连锁距离分别为0.35、1.5 cM，LOD值为92.3，可解释的总表型变异（R2）为83.5%。2个标记与F2代群体及2个回交群体中各单株的果肉颜色呈现明显的共分离状态。同时检测到与果肉颜色紧密连锁的主效QTL FC4.1（LOD=31.77，R2=34.68）与LCYB4.1位于同一区间内。此外在3、6和11号染色体上也检测到了其他与果肉颜色相关的微效QTL（FC3.1、FC6.1和FC11.1）。（4）利用区间作图分析，确定了与可溶性固形物含量（中心和边部）紧密连锁的3个微效QTL位点。在2号和8号染色体上，获得了与边部可溶性固形物含量紧密连锁的2个QTL位点（BCE2.1和BCE8.1），并获得1个与中心可溶性固形物含量紧密连锁的QTL（BCC8.1，8号染色体上）。（5）在8和11号染色体上检测到4个与果实长度和宽度相关的QTL位点（果实长度：FL8.1、FL11.1和FL11.2;果实宽度：FW8.1）。

结    论：本研究确定了西瓜红色果肉的遗传为隐性遗传，受单基因调控，在4号染色体上获得了WII04E07-37和WII04E07-40两个与西瓜果肉番茄红素及红色果肉相关的CAPS标记;在3号（FC3.1）、6号（FC6.1）和11号（FC11.1）染色体中检测到了3个微效番茄红素/果肉颜色相关QTL位点;4号（FC4.1）染色体的LCYB4.1为西瓜果肉番茄红素含量/红色果肉的主效QTL位点，贡献率为83.5%，LOD值为92.3。遗传区间作图分析确定了与可溶性固形物含量（中心和边部），果实长度和果实宽度紧密连锁的7个QTL位点（BCE2.1、BCE8.1、BCC8.1、FL8.1、FL11.1、FL11.2、FW8.1）。