西瓜果实表皮蜡粉的化学成分与基因定位

[目的]蜡粉是植物抵御外界胁迫的第一层保护性屏障,对西瓜果实表皮蜡粉的结构、化学成分、遗传规律进行研究,并预测控制该性状的基因,以便全面了解性状的生理生化作用,发掘候选基因.[方法]试验选用无蜡粉的西瓜自交系‘美佳选黑’(P1)和有蜡粉的西瓜自交系‘FH’(P2)为双亲配制杂交组合,构建六世代群体(P1、P2、F1、F2、BC1P1、BC1P2),利用扫描电子显微镜(SEM)对双亲成熟期果实表皮结构进行观察,通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对蜡粉的化学成分进行测定,以峰面积为指标,定量计算蜡粉化学成分的含量,采用BSA-seq对西瓜表皮蜡粉进行基因初定位,应用BLAST软件将定位区间内的编码基因与多个数据库比对完成基因信息注释,并通过详细的基因注释信息及突变位点分析,快速筛选候选基因.[结果]西瓜果实表皮蜡粉为灰白色,呈致密的板状结构,长度约为5M;无蜡粉材料表皮较为光滑,无蜡粉层附着.GC-MS分析显示,蜡粉中共检测到24种脂肪族化学成分,分别属于烃类、醇类、酯类、酸类、酚类和醛类.包括烃类物质10种,含量占表皮蜡粉有效化学提取物总含量的77.72％,链长变化范围为C17-36,主要为C27、C28、C29、C32、C33、C34、C36的饱和正链烷烃;醇类物质5种,占12.60％;酯类物质5种,占0.43％;酸类物质2种,占0.53％;酚类1种,占0.80％;醛类1种,占3.99％;含量最高的5种化学成分依次为:正三十四烷、正二十九烷、1,30-三十烷二醇、正三十三烷、正二十八烷.在后代群体中,F1、BC1P2群体西瓜果实表皮全部有蜡粉,F2群体有蜡粉和无蜡粉西瓜果实的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例,BC1P1回交群体有蜡粉和无蜡粉分离比符合1∶1的理论比,说明蜡粉的有无符合单基因显性遗传模式,有蜡粉对无蜡粉为显性.对BSA-seq数据进行SNP和InDe1关联分析,关联结果取交集得到1号染色体3.16-4.84 Mb的候选区域,该区域共含有144个基因.数据库比对结果显示,在关联区域中,共138个基因有功能注释,包括10个非同义突变,1个移码突变.结合已有文献报道,其中5个非同义突变基因可能与西瓜表皮蜡粉的生成有关:C1a002367为烯酰ACP-还原酶(ECR)类基因,该类基因是特长链脂肪酸合成所必须;C1a011514、C1a002337和C1a002342为细胞色素P450(CYP)家族基因,