甜瓜叶色突变体的生理特性、遗传分析与基因初步定位

摘要

甜瓜（Cucumis melo L.）作为葫芦科甜瓜属作物，有多种变异类型，其叶片颜色主要分为黄绿、浅绿、绿、深绿。为揭示甜瓜叶片颜色性状的遗传机理，本研究以叶色突变体(MT)、非突变体亲本(WT)为试验材料，构建分离群体对叶色的遗传规律进行分析，并对叶色突变体材料进行主要农艺性状调查、生理特性以及叶片超微结构分析，以从生理层面及叶绿体结构上初步探讨叶色突变的发生规律及特征。采用二代测序的方法，确定与叶色基因相关的候选区域，为基因初步定位奠定基础。主要研究结果如下:
　　1、MT主要农艺性状的调查结果表明，MT在苗期开始出现黄化性状。随着植株的生长发育，叶片颜色逐渐转变为绿色，其植株长势较弱，生育期滞后，且在生长后期出现早衰现象，但能正常开花结实，是非致死性黄化突变体。在结果期，与WT相比，MT的株高、茎粗、叶面积、SPAD值分别降低9.45％、3.03％、7.75％、6.44％。
　　2、MT果实外观特性分析结果表明，从授粉当天到果实成熟，WT、MT的果实纵径和横径均呈现增大的趋势;与果实授粉当天相比，其果实成熟时的果形指数分别降低了33.70％、35.42％。
　　3、MT不同时期光合色素含量测定结果表明，从子叶期到结果期，WT、MT的光合色素含量均呈现升高的趋势，但MT的光合色素含量显著低于WT。在结果期，与WT相比，MT的叶绿素和类胡萝卜素含量分别降低25.69％、21.26％。
　　4、对MT叶绿体超微结构分析的结果表明，MT叶绿体结构发育异常，与WT存在显著差异。MT的叶绿体中基粒片层堆叠不规律，间距大，排列疏松，双层膜结构不清晰。而WT叶绿体中基粒片层有规律的紧密排列，结构发育正常，淀粉粒较多，膜结构清晰可见。
　　5、MT成株期光合效率测定结果表明，与WT相比，MT的净光合速率无显著差异，但气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度均达到显著差异水平，分别提高了47.95％、31.87％、12.80％。
　　6、MT抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量测定结果表明，从幼苗期到结果期，超氧化物歧化酶(SOD)活性出现先升高后下降的趋势，过氧化物酶(POD)活性出现升高的趋势，过氧化氢酶(CAT)活性则是一直下降的趋势，MDA出现升高的趋势。在结果期，MT的SOD、POD酶活性及MDA含量显著高于WT，而CAT酶活性与WT无显著差异。
　　7、对MT遗传规律分析的结果表明，MT自交后代的表型能稳定遗传，表现为黄色，与WT配置的正反交F1代表现为绿色，其F2及BC群体经卡方检验后的分离比符合3∶1与1∶1，表明该叶色突变体是细胞核遗传，由隐性单基因控制，暂时命名为ypl。
　　8、将BC1F2作为ypl基因的定位群体，以DHL92为甜瓜参考基因组，利用生物信息学分析及BSA混池测序将目标基因的候选区域初步确定于chr9(11.27Mb-14.83Mb)。在候选区域内，有注释的功能基因共206个，其中非同义突变的基因共20个，SNP位点所在的基因共30个。通过在候选区域附近开发InDel、SSR引物，筛选到31对多态性引物，经过F2代单株验证，获得了与基因连锁的上游标记。

目录

声明

摘要

缩略词表

1文献综述

1．1叶色突变体研究现状

1．1．1叶色突变体来源

1．1．2叶色突变体的分类

1．1．3叶色突变体的生理生化机制

1．1．4叶色突变体中遗传模式研究

1．1．5叶色突变体的应用前景

1．2叶绿素的生物合成途径

1．3影响色素合成的因素

1．3．1温度

1．3．2光照

1．3．3 pH值

1．3．4糖类

1．3．5激素

1．4基因定位的方法

1．4．1质量性状定位

1．4．2数量性状定位

1．5生物信息学在遗传研究上的应用

1．5．1基因组重测序

1．5．2重测序的应用

1．5．3技术路线

1．6研究目的及意义

2材料和方法

2．1材料

2．1．1试验材料

2．1．2部分试剂

2．1．3主要仪器

2．2方法

2．2．1配置叶色基因定位群体

2．2．2叶色突变体的遗传分析

2．2．3主要农艺性状调查

2．2．4果实性状测定

2．2．5光合参数测定

2．2．6光合色素含量测定

2．2．7抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量测定

2．2．8突变体的叶绿体超微结构观察

2．2．9 DNA的提取

2．2．10 BSA混池测序

2．2．11信息分析流程

2．2．12候选基因筛选

3结果分析

3．1叶色突变体生理特性分析

3．1．1不同时期甜瓜MT与WT及其子代的形态特征差异

3．1．2果实外观特性分析

3．1．3 MT植株子叶及第1真叶叶绿素含量的变化分析

3．1．4不同时期甜瓜MT与WT及子代光合色素含量分析

3．1．5成株期MT与WT的光合特性的差异

3．1．7甜瓜MT与WT幼苗期叶绿体超微结构观察

3．2叶色突变体遗传特性分析

3．3生物信息学分析

3．3．1 DNA混池测序数据分析

3．3．2关联分析

3．4．1开发InDel、SSR引物

3．4．2遗传图谱的构建

4讨论

4．1甜瓜叶色突变体来源及生理特征

4．2光合色素含量的分析

4．3叶绿体超微结构的分析

4．4光合能力分析

4．5抗氧化酶及MDA含量活性分析

4．6叶色突变体的遗传模式及InDel、SSR标记分析

4．7展望

5结论

参考文献

致谢

作者简历