基于全基因组重测序挖掘西双版纳黄瓜优异基因

西双版纳黄瓜是我国特有的黄瓜变种资源，是栽培黄瓜进化过程中群体遗传多样性保存较完整的一个过渡类群，具有高β-胡萝卜素、抗黑星病和白粉病等优异特性。本项目通过高通量、高效的Solexa全基因重测序技术，获得6份西双版纳黄瓜材料3倍以上覆盖度的全基因组图谱序列。利用黄瓜栽培变种和野生变种全基因组的参考序列及18份黄瓜材料的重测序结果，通过关联分析检测西双版纳黄瓜驯化和人工选择相关的da-SNP和da-InDel位点。对西双版纳黄瓜变种群与栽培变种群间的核酸多态性和连锁不平衡进行比较分析，并鉴定选择信号基因组区域。结合QTL定位结果和全基因组功能基因注释信息，确定高β-胡萝卜素含量、抗黑星病和白粉病等西双版纳黄瓜优异性状相关基因的遗传变异位点或基因组区域，为进一步的基因克隆和功能分析奠定基础，同时也为构建黄瓜第一代单倍型图谱提供更丰富的等位变异位点。

西双版纳黄瓜是我国特有的黄瓜变种资源， 是栽培黄瓜进化过程中群体遗传多样性保存较完整的一个过渡类群，具有高β-胡萝卜素、抗黑星病和白粉病等优异特性。在本研究中，以一份具有代表性的西双版纳黄瓜为供试材料，利用特异引物PCR技术，分别克隆获得β-胡萝卜素生物合成途径中的重要酶基因CsPsy1、CsZds、CsLcyB、CsChxB的cDNA序列和CsPsy1、CsLcyB、CsChxB的DNA序列。对克隆基因的编码氨基酸序列进行基本理化及结构分析。与栽培黄瓜变种“9903”和“GY14”的参考序列进行比对，发现在CsPsy1、CsLcyB、CsChxB基因及上游区域中共有6个SNP位点和2个Indel位点。对西双版纳黄瓜不同器官、果实不同发育时期5个重要酶基因进行了表达分析差异；以不同来源地的69份西双版纳黄瓜为研究对象，利用23对荧光标记SSR引物和55对普通引物，总检测到243个多态性位点，从中筛选出18份西双版纳黄瓜材料进行全基因组重测序，构建了18份种质的全基因组序列图谱，最低能覆盖9930参考基因组的91%以上区域，平均测序深度为17.2倍。通过生物信息分析，共检测到745,422个SNPs和84,844个InDels，其中47,572个SNPs和10,195个InDels（小于5bp）是西双版纳黄瓜群体内特有的变异。依据每个位点至少2个reads，reads depth百分率大于30%等筛选原则，进一步获得26,631个特异SNP。对其在不同基因中所处的位置进行分类，共有239个SNP在基因编码区，202个有基因的功能注释信息。基于重测序数据对结构变异区域（Structural variations, SV)，包括插入、缺失、倒位、大片段重复，进行查找分析，共发现180个在西双版纳黄瓜群体中特异存在的SV区域，全部为插入/缺失序列。果肉色橙红是西双版纳黄瓜异于普通的特异性状，通过全基因组关联分析，确定在西双版纳黄瓜β-胡萝卜素羟化酶基因(CsaBCH1)的脂肪酸羟化酶结构域（PF04116）有1个SNP，所编码的氨基酸由丙氨酸（A）突变为天冬氨酸（D）。双酵母杂交验证试验结果显示，该位点的突变使β-胡萝卜素不能向下游产物转化，揭示了西双版纳黄瓜高β-胡萝卜素含量的成因。上述结果为进一步深入研究西双版纳黄瓜种质的优异基因奠定了坚实的基础。