西瓜短蔓基因cldw2的精细定位和克隆

Watermelon with dwarf and compact plant type adopts the lightened and simplified cultivation manners rightly. Since fewer labor and less investments cost in the production activity, it becomes one of the main directions to breed dwarfish watermelon recently. Research about short vine and the related genes is of great significance for watermelon breeding and stem development study. In the previous work, we found that the short vine trait in material WM102 is controlled by a recessive gene (cldw2) and defined it to a genetic distance of 4.7 cM on chromosome 9. In this project, we will first develop the SNP/Indel primers based on the parental genome, then fine-map gene cldw2 with the developed primers amd F2 plants. With analysis result of the function, mRNA expression, base sequence of the genes in the mapped region and the hormone experiment results, gene cldw2 would be cloned, and the regulatory network would be primary studied. All the results will lay the foundation for stem growth mechanism research in watermelon.

矮生短蔓西瓜株型紧凑、适宜密植，可大大节约劳动力、降低生产成本，符合当前轻简化栽培的要求，已成为目前西瓜株型改良的一个主要方向。因此，筛选和挖掘西瓜短蔓控制基因并解析其作用机理，对西瓜株型改良育种和茎蔓生长调控研究具有重要意义。在前期研究工作中，我们发现西瓜材料WM102的短蔓性状由一个隐性基因（cldw2）控制，通过BSA-seq和F2群体将其初步定位在9号染色体5.7cM的遗传距离内。本项目拟在前期工作的基础上，结合双亲重测序数据，在初定位区段进行标记加密（SNP/Indel），以新开发标记分析F2群体单株基因型，实现对cldw2基因的精细定位；结合候选区段内基因功能、表达、序列差异和激素分析结果，克隆cldw2基因；此外我们还将结合BSR-seq数据，初步解析西瓜茎蔓生长发育的基因调控网络，为最终揭示其分子机理奠定基础。

株高是决定西瓜株型的一个主要参数，目前西瓜主栽品种节间和主蔓普遍较长，不但占用生存空间大、管理难度高，而且会严重影响设施栽培环境下的透光和通风条件，易导致植株间病虫害的传播和蔓延，最终影响西瓜的产量和品质。短蔓植株株型紧凑、占用空间相对较少，从而具有适合高密度种植、机械化管理和病虫害防治的优点，可有效降低生产成本。. 在前期工作中，本课题组对西瓜短蔓材料WM102进行了生理特性、遗传规律和基因初步定位研究，发现WM102材料节间细胞体积较小、排列更加致密；矮生短蔓基因cldw2符合单基因隐性遗传规律，位于9号染色体上。为了进一步筛选目的基因，本研究通过图位克隆的方法对cldw2基因进行了进一步精细定位和分离鉴定，并通过生物信息学分析、序列比对和时空表达分析，确定了其候选基因编码一个ABCB转运蛋白。主要研究结果如下： .(1)对收集到的14份国内外短蔓材料分别进行双列杂交和等位性分析，结果表明这14份材料的短蔓性状由两对不同的短蔓基因控制；.(2)与正常材料WT4相比，WMl02下胚轴长度和株高明显较低、植株节间的细胞明显较小；.(3)以WT4和WMl02为亲本，通过筛选扩大的F2群体，将cldw2基因定位在9号染色体107kb范围内，并通过生物信息学分析、序列比对和时空表达分析将Cla010337确定为候选目的基因；.(4)明确和分析了Cla010337基因的碱基突变方式、基因功能和其表达模式，并分析了Cla010337基因与生长素、西瓜短蔓性状间的关系。. 本项目的实施深入发掘并克隆了西瓜茎蔓发育关键基因，不仅为理想株型西瓜的分子育种奠定理论基础和提供优异基因资源，还将为西瓜及其它作物的茎蔓发育调控研究提供参考，将不仅有助于丰富和完善对西瓜短蔓性状分子机制的了解，还可为西瓜株型改良育种提供优异基因，具有重要理论研究意义和实践应用价值。