中国南瓜矮生基因Bu的精细定位与候选基因分析

Dwarfism is an important agronomic trait in pumpkin breeding. The dwarf plants of pumpkin with compact growth habit allow higher plant densities, contributing to higher fruit yields and labor savings. However, the research of the dwarf genes in pumpkin is still weak. In previous study, we identified a dwarf mutant ‘Dwarf 10’ of Cucurbita moschata Duchesne, and the dwarf trait was controlled by a single dominant gene Bu (Bush). We constructed near isogenic lines and a segregating BC9F2 population using the dwarf mutant as donor and the vine ‘Daluo’as recurrent parent. Based on the C. moschata genome information obtained from cooperation, the BSA-seq combined with traditional mapping delimited the Bu locus to a 400 Kb genomic region. Furthermore, we will screen recombinant plants using a larger BC9F2 population, and the more markers will be generated from genome re-sequencing to fine map Bu gene. Transcriptome analysis and hormone test data will be used to facilitate the identification of candidate gene of Bu. This study will provide theoretical basis for the mechanism of dwarfism in C. moschata, but also provide technical support for marker-assisted selection of dwarf pumpkin.

矮生南瓜具有株型紧凑、适应高度密植、单位面积产量较高和易于管理等优点，是南瓜育种的一个重要方向，但目前关于南瓜矮生基因的研究仍比较薄弱。在前期研究中，我们发现了一个中国南瓜矮生突变体“矮10”，其矮生性状由一个显性单基因Bu（Bush）控制。我们以该突变体为供体亲本、以蔓生中国南瓜“大裸”为受体亲本，构建了回交9代的近等基因系和BC9F2分离群体。在前期工作中，我们利用中国南瓜全基因组序列信息，通过混池测序BSA-seq方法，结合遗传分离群体，将矮生基因Bu定位在一个400kb的物理区间。本项目拟在前期的研究基础上，进一步加大分离群体来筛选重组单株，利用重测序数据加密标记，实现对基因Bu的精细定位。最后通过转录组差异分析和激素检测等数据，筛选候选基因。本项目不仅为阐明中国南瓜矮化的分子机制提供理论基础，也为矮生南瓜的分子标记辅助育种提供技术支持。

矮生南瓜具有株型紧凑、适应高度密植、单位面积产量较高和易于管理等优点，是南瓜育种的一个重要方向。然而目前关于南瓜矮生基因的研究仍比较薄弱，国内外关于南瓜属瓜类作物的矮生基因还未见克隆的报道，同时缺乏可应用于矮生南瓜分子辅助育种的连锁标记。本研究项目以一个中国南瓜矮生突变体“矮10”为研究对象，其矮生性状由一个显性单基因Bu(Bush)控制。外源激素处理该矮生突变体，均不能使得矮生突变体的节间长度恢复；同时内源激素检测结果表明在矮生南瓜和蔓生南瓜植株在节间处的各内源激素水平较为接近，说明中国南瓜矮生突变体不属于激素缺陷型，很可能属于激素不敏感型。利用混池测序和图位克隆的方法，将矮生基因Bu精细定位在55kb的物理区间。通过双亲之间测序序列的比对分析，我们发现定位区间的55kb仅有一个变异（矮生南瓜缺失了76bp序列），该变异发生在一个YABBY转录因子的5’UTR上。进一步分析该基因的丢失的76bp序列在葫芦科中非常保守，预示其具有某种生物学调控功能。利用CRISPR-Cas9基因编辑工具，对Bu基因在黄瓜中的同源基因的5’UTR的目标区域进行双靶位编辑，T2代获得了3个独立基因编辑株系，这3个株系(无cas9)均在黄瓜Bu基因的5’UTR的目标域发生片段删除，且该3个株系均为矮生。本项目不仅为阐明中国南瓜矮生突变体“矮10”的矮化分子机制提供理论基础，也为矮生南瓜的分子标记辅助育种提供技术支持。