基于种间渐渗的甜瓜属野生优异基因发掘研究

作物近缘野生种中含有诸多栽培作物中所迫切需要的优异基因，通过种间杂交发掘利用这些基因是作物遗传改良的重要途径。甜瓜属包含黄瓜和甜瓜两种主要栽培作物，由于它们与同属其它野生种的杂交不亲和性，限制了其遗传改良。课题组前期成功进行了甜瓜属栽培黄瓜与野生种的种间杂交，获得了目前国际上唯一的、具自主知识产权的甜瓜属异源四倍体，并通过系统回交选育创制了大量携带有野生种各种优良性状的渐渗系材料，开创了通过种间杂交改良黄瓜的新途径。本项目在前期研究取得的突破性进展基础上，利用来源于高代回交的种间渐渗群体及相应的次级分离群体，构建高密度遗传图谱，精细定位来源于野生种的优异抗性基因，结合BAC文库和图位克隆方法，发掘克隆出来源于野生种的抗霜霉病、蔓枯病和抗线虫基因/QTLs。项目发掘的优异基因及相关基础理论成果对于甜瓜属及其它作物的遗传育种将具有重要的理论和实践意义。

种间杂交是发掘利用野生优异基因的重要途径。黄瓜（Cucumis sativus L.）是甜瓜属重要的栽培作物，遗传基础狭窄、缺乏种内抗病基因是黄瓜遗传改良的主要障碍之一。课题组前期成功进行了黄瓜与野生种（C. hystrix Chakr.）的种间杂交，获得了目前国际上唯一的、具自主知识产权的甜瓜属异源四倍体（C. hytivus Chen & Kirkbride），并通过系统回交选育创制了大量携带有野生种各种优良性状的渐渗系材料，开创了通过种间杂交改良黄瓜的新途径。本项目系统开展了基于种间渐渗的基因发掘研究工作。利用分子标记选择和细胞学鉴定方法，创制出一套50个株系的携带野生种不同染色体区段的渐渗系群体，149个渐渗片段累计覆盖野生酸黄瓜基因组的60％；利用渐渗系高代次级分离群体，将来源于野生种的抗霜霉病、抗蔓枯病和抗南方根结线虫基因分别定位于染色体5、染色体4和6特定的区段；构建了野生种BAC文库；利用同源克隆技术，从渐渗系中分离克隆出抗霜霉病抗性相关的基因三个，并从野生种的BAC文库中获得包含霜霉病抗性基因CsRGA23的特定BAC克隆，分析了序列结构，进一步基于荧光原位杂交技术，将该CsRGA23基因物理定位于5号染色体末端；对特定的抗南方根结线虫的渐渗系材料，进行了抗性相关的生理机制研究，明确了POD、SOD、PAL等抗氧化酶类活性与根结线虫抗性的关系；研究明确了光合响应特性与线虫抗性的关系，包括线虫侵染对抗、感黄瓜叶片光合作用、叶绿素荧光参数及相关生理指标的影响特性，同时也研究阐述了酸黄瓜对南方根结线虫抗性的解剖学及其细胞学特点。该研究成果为将来进一步基于甜瓜属种间渐渗，发掘利用更多有用基因奠定了重要的基础。同时，所建立的方法对于其它物种的种间渐渗育种也具有重要的参考价值。