黄瓜重要抗病基因的分子标记研究及遗传图谱的构建
【摘要】：
黄瓜是全球普遍栽培的主要蔬菜作物，其栽培面积在我国保护地蔬菜中居首位，对保证我国蔬菜周年均衡供应方面具有十分重要的作用。目前黄瓜的分子生物学研究基础比较薄弱，这一方面给黄瓜分子遗传的研究造成困难，另一方面也为我国在分子生物学的研究进入世界研究前沿带来了机遇。因此，开展黄瓜的分子育种研究具有重要的理论和应用意义。
建立分子标记辅助育种技术系统并构建饱和通用的黄瓜遗传图谱是开展黄瓜分子育种研究的基础。黄瓜的重要经济性状较多，其中抗病性尤为重要，但抗病性的鉴定在技术上较为复杂，易受环境、菌种质量、操作水平等影响，特别是多种病害的同时鉴定，更有许多技术上的问题有待解决。因此，建立黄瓜抗病性分子标记辅助育种技术系统是首选研究课题。黄瓜分子遗传图谱构建的研究已经取得了重要进展，但是已构建的图谱多数是以F_2为作图群体的临时图谱，并且图谱的饱和度均不高，采用的作图群体和分子标记各异，缺乏通用性和实用性。因此，采用永久作图群体构建饱和通用的黄瓜遗传图谱是当前需要解决的问题。
本项研究从当前黄瓜分子生物学研究的现状、育种的需求以及我们已有的工作基础出发，确定以建立黄瓜抗病性分子标记辅助育种系统为切入点，首先开展五种主要病害抗性基因连锁分子标记研究；与此同时，以RIL群体为材料构建黄瓜分子遗传图谱，逐步对重要性状进行基因定位，并且开始筛选用于图谱整合的SSR锚定标记，为最终通过图谱整合策略，构建高密度、通用性和实用性强的黄瓜栽培种分子遗传图谱打好基础。
本项研究取得如下主要结果：
1．利用黄瓜重组白交系群体和2个F_2分离群体，对五种主要病害的抗性遗传规律进行了研究。结果表明：黄瓜抗病材料“秋棚”对小西葫芦黄化花叶病毒(ZYMV-CH)，番木瓜环斑病毒西瓜株系(PRSV-W)和西瓜花叶病毒(WMV)三种病毒的抗性分别由一对隐性基因控制，但也存在微效基因的修饰作用，同时，三种病毒病的抗性基因存在紧密连锁关系；抗病材料“WIS2757”对枯萎病生理小种4的抗性由一对显性基因控制，对白粉病的抗性符合一对隐性主基因s，一对显性加强基因R和一对抑制基因I控制的遗传模式。
2．利用上述材料，对五种主要病害的分子标记进行了较系统的研究，并建立了抗病毒病的分子标记辅助育种系统。
1)获得与ZYMV-CH抗性基因连锁的AFLP标记E-ACG／M-CAG-182和E-ACG／M-CAG-180、SCAR标记SCAR3-109和SCAR4-134以及RAPD标记AU3-400、R12-1300和AR1-1500，连锁距离分别为5cM、10cM、10cM、10cM、1cM、4cM和6cM。
2)获得与WMV抗性基因连锁的共显性AFLP标记E-ACT／M-CTT-427、SCAR标记PWMV-214和与WMV感病基因连锁的RAPD标记OPQ15-400，连锁距离分别为2cM、2cM和9cM。
3)获得与PRSV-W感病基因连锁的RAPD标记AP7-1800，连锁距离为3cM。
4)获得与枯萎病抗性基因连锁的AFLP标记P-GTG／M-CCA-310、SCAR标记SCAR-282和RAPD标记OPD9-300，连锁距离分别为7cM、7cM和14cM。
5)获得与白粉病抗性基因连锁的共显性SSR标记SSR97-200和SSR273-300，连锁距离分别为5cM和13cM。获得与白粉病感病基因连锁的AFLP标记P63M51-384和SCAR标记PMSCAR-300，连锁距离均为7cM。
6)应用上述连锁标记，初步建立了抗病毒病的分子标记辅助育种系统。利用单个分子标记进行辅助选择，三种病毒病分子标记检测结果与表型鉴定的符合率为82％-90％；利用两侧标记进行辅助选择，符合率达到95％-100％。
3．利用(秋棚×欧洲八号)的黄瓜重组白交系为作图群体，构建了我国第一张黄瓜分子遗传图谱。图谱由9个连锁组群组成，包含AFLPs、SSRs、RAPDs、SCARs等238个标记，总长为727.5cM，标记平均间隔3.1cM。这是目前国内密度最大的黄瓜栽培种永久分子遗传图谱。由于作图群体为世界上应用最广的欧洲温室生态型和华北露地型黄瓜的杂交后代，该图谱具有较好的代表性，可以作为基本图谱与其他图谱进行整合，构建高密度、代表性和通用性更好的黄瓜分子遗传图谱。
4．黄瓜对ZYMV-CH、PRSV-W、WMV三种病毒的抗性基因被定位在上述遗传图谱的第二连锁群上，并且簇聚在15cM的区间。其中，ZYMV-CH、PRSV-W、WMV三种抗性基因在遗传图谱上的同时定位是国内外首次报道。
5．利用上述黄瓜重组自交系群体和2个F_2分离群体，对适于图谱整合的锚定SSR标记进行了筛选，获得了在亲本间有多态性的SSR引物近20个和能够直接用于图谱整合的SSR标记3个，但还不足以用来进行图谱整合，今后需要继续寻找更多的锚定分子标记。
【关键词】：黄瓜 抗病性 分子标记 遗传图谱 【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：S642.2
【目录】：
- 摘要6-8
- Abstract8-15
- 第一章 引言15-40
- 1.1 黄瓜主要病害抗性遗传规律研究进展17-22
- 1.1.1 黄瓜枯萎病抗性遗传规律研究进展17-18
- 1.1.2 黄瓜白粉病抗性遗传规律研究进展18-21
- 1.1.3 黄瓜病毒病抗性遗传规律研究进展21-22
- 1.2 分子标记技术与分子标记辅助选择研究进展22-28
- 1.2.1 常用分子标记的种类、原理22-25
- 1.2.2 分子标记辅助选择育种研究进展25-28
- 1.3 基因组图谱与比较图谱研究进展28-32
- 1.3.1 基因组图谱的种类28-29
- 1.3.2 基因组图谱作图的原理和基本方法29-30
- 1.3.3 构建基因组图谱时存在的问题与解决途径30-31
- 1.3.4 比较图谱研究31-32
- 1.4 黄瓜分子育种研究进展32-38
- 1.4.1 种质资源亲缘关系和遗传多样性的研究32-33
- 1.4.2 目标性状的连锁分子标记与分子标记辅助选择33
- 1.4.3 品种纯度的鉴定33-34
- 1.4.4 吸分子标记遗传图谱的建立及基因定位34-38
- 1.5 本项研究的目的和意义38-40
- 第二章 黄瓜五种主要抗病基因的连锁分子标记研究40-82
- 2.1 材料与方法41-49
- 2.1.1 材料41
- 2.1.2 方法41-49
- 2.2 结果与分析49-77
- 2.2.1 黄瓜三种病毒病抗性基因簇聚性与相关分子标记研究49-66
- 2.2.2 与黄瓜枯萎病生理小种4抗性基因紧密连锁的分子标记研究66-69
- 2.2.3 与黄瓜白粉病主效基因紧密连锁的分子标记研究69-77
- 2.3 讨论77-82
- 2.3.1 主要病害抗性基因遗传规律的探讨77-78
- 2.3.2 关于PCR分析技术探讨78-80
- 2.3.3 分子标记辅助选择影响因素探讨80-82
- 第三章 黄瓜分子遗传图谱构建与重要抗病基因定位研究82-102
- 3.1 材料和方法82-88
- 3.1.1 材料82-83
- 3.1.2 方法83-88
- 3.2 结果与分析88-99
- 3.2.1 黄瓜分子遗传图谱的构建88-95
- 3.2.2 黄瓜主要病毒病抗性基因的基因定位95
- 3.2.3 黄瓜图谱整合的锚定标记的筛选95-99
- 3.3 讨论99-102
- 3.3.1 本研究构建的遗传图谱与其他黄瓜遗传图谱的比较99
- 3.3.2 RIL群体和F_2群体在构建遗传连锁图谱中的优劣性比较99-100
- 3.3.3 AFLP标记、SSR标记在遗传连锁图谱构建中的效率比较100
- 3.3.4 利用SSR标记进行图谱整合工作探讨100
- 3.3.5 黄瓜遗传图谱构建难点探讨100-102
- 全文结论102-104
- 参考文献104-113
- 致谢113-114
- 作者简历114
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