近日,Horticultural Plant Journal在线发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所葫芦科蔬菜遗传育种创新团队题为“A Genome-wide association study identifies candidate genes for heat tolerance in adult cucumber (Cucumis sativus L.) plants(全基因组关联分析挖掘黄瓜成株期耐热性候选基因)”的研究论文。
研究背景
黄瓜(Cucumis sativus L.)是世界范围内种植的主要蔬菜作物,性喜温不耐热,生长适温为白天25-28℃,夜间15-20℃。35℃以上的高温极易对黄瓜造成热胁迫,出现如幼苗徒长、花打顶、果实畸形、甚至植株死亡等问题。近年来由于温室效应的影响,全球气候逐渐变暖,间歇性和持续性高温频发,成为制约黄瓜生产的重要环境因子。然而,长期以来黄瓜耐热性基因挖掘及分子调控机制等研究匮乏,严重制约了耐热分子育种进程。
研究问题
本文通过全基因组关联分析挖掘黄瓜植株响应热胁迫的候选基因,并对重要候选基因进行分析。
研究结果
(1)基于黄瓜成株期自然高温条件下的热害指数(两季数据,r2 = 0.73)的BLUP值进行聚类分析,从88份黄瓜核心种质中鉴定出18份极端耐热种质和28份极端热敏种质(Fig. 2, A, B),结合生态型分析表明黄瓜成株期耐热种质多属于东亚生态型,而热敏种质主要属于欧洲和印度生态型(Fig. 2, C)。
Fig. 2 Cluster analysis of the 88 cucumber accessions based on their tolerance to high temperature
(2)基于BLUP值结合基因组数据开展全基因组关联分析,以-LgP > 6.5为阈值线,共鉴定到5个与黄瓜植株热胁迫响应相关的QTL位点(Fig. 3)。
Fig. 3 Genome-wide association analysis (GWAS) Manhattan plot (A) and Q-Q plot (B) of heat tolerance based on BLUP value
(3)对GWAS分析得到的5个QTL位点内的候选基因进行同源基因功能注释、单倍型分析、时空表达分析,分别鉴定到5个参与热胁迫调控的候选基因:CsaV3_3G006140 (an ABC transporter),CsaV3_3G031890 (a transport protein SEC31B), CsaV3_3G048830 (a xyloglucan endotransglucosylase), CsaV3_4G029050 (a F-box protein) 和 CsaV3_6G005370 (a STY kinase)。
Fig. 5 Identification of the CsaV3_3G006140 gene associated with heat tolerance in cucumber
意义和创新性
该研究是首次在全基因组范围内挖掘黄瓜植株响应热胁迫的候选基因,为阐明黄瓜耐热分子机制提供了重要理论依据,也为耐热品种培育提供了基因资源。
王在展和董邵云为该论文的第一作者,张圣平和苗晗为该文的通信作者。
该研究获得现代农业产业技术体系、中国农业科学院创新工程、北京市种质创制和品种选育联合攻关项目、广东省重点研发等项目的资助。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014123001899
2022年“HPJ文章合集”
期刊简介
Horticultural Plant Journal是由中国园艺学会、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、中国农业科学技术出版社有限公司主办的英文学术期刊。刊载关于园艺作物种质资源、遗传育种、栽培技术、生理生化、基因组学、生物技术、植物保护、采后处理与利用等原创性研究论文、研究简报及综述等。HPJ已被SCIE、Scopus、BA & BP、DOAJ、CAB Abstracts、Food Science and Technology Abstract、CNKI、CSCD、CSTPCD等国内外多个重要数据库收录,论文在SD网络出版平台实现全文开放获取和在线预出版。2022年最新影响因子5.7,园艺学科Q1区,植物学科Q1区。2022年中科院期刊分区(升级版):在农林科学类位于1区,属于Top期刊;园艺学类位于1区,植物科学类位于2区。
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