黄瓜性型遗传规律及性别决定相关基因的分布和表达研究

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黄瓜(cucumis sativus L.)属葫芦科(Cucurbitaceae)、甜瓜属(Cucumis)、一年生草本蔬菜作物。黄瓜是世界性的重要蔬菜。我国是世界上黄瓜栽培面积最广、总产量最高的国家。雌花节率的高低是影响黄瓜产量的重要因素。同时,利用黄瓜全雌性品系能极大地简化杂交种的制种工作。由于黄瓜性别表现和遗传机制的复杂性,利用传统的方法进行性别调控和雌性的育种效率不高。因此深入研究黄瓜性型的遗传规律,认识黄瓜性别决定相关基因在不同性型黄瓜种质资源中的分布及表达特征,对全面理解黄瓜性别分化的机理,加快雌性品系的选育具有重要的意义,同时可为性别决定基因的分离克隆、体外重组与遗传转化奠定基础。本试验从三个方面进行了研究,得到如下研究结果:1.利用全雌性系“G5224"、强雌性系“1613EF”分别与普通性型株系“YX05-3-10”杂交、自交和回交,获得了两个组合的F1、F2、BC1P1、BC1P2 6个群体。通过对各组合P1、P2、F1、F2、BC1P1、BC1P2六世代植株性型的定性观测,并经χ2测验,发现全雌和强雌性状分别由一对不完全显性等位基因控制。以两个组合的P1、P2、F1、F2群体的数据为基础,进一步对性型进行了数量遗传学的分析,表明全雌性性状和强雌性性状均是由一对主基因控制,而且存在微效多基因。在全雌性组合中,主基因的遗传率为83.8%,微效多基因的遗传率为8.5%;在强雌性组合中,主基因的遗传率为82.0%,微效多基因的遗传率为8.6%。2.利用特异引物PCR方法,检测了黄瓜性别决定相关基因ACC合酶基因CS-ACS1G、ACC氧化酶基因CS-AC02和CS-AC03、乙烯受体基因CS-ETR2和CS-ERS在78份不同性型的黄瓜材料中的分布,发现这5个基因均存在于所有材料的基因组中,不具有性型特异性。还对ACC合酶基因进行了克隆,序列分析证明扩增产物正是ACC合酶基因CS-ACS1G。说明多数学者认为的CS-ACS1G具有雌性特异性的结论不具有广泛的适用性。3.利用半定量RT-PCR方法研究了ACC合酶基因CS-ACS1G、ACC氧化酶基因CS-ACO2和CS-AC03、乙烯受体基因CS-ETR2和CS-ERS在全雌性材料“G5224”、强雌性材料“1613EF”和“106BE”、普通性型材料“YX05-47-4”和西双版纳黄瓜“BN32’’经或不经性别诱导处理后8个时间段的表达特征。结果发现,就每一个基因在不同性型材料中的表达来看,ACC合酶基因CS-ACS1G在所有样品中均未表达,说明该基因在苗期的自然表达与否,与后期植株的性型表现没有直接的关系,与前人的研究结果基本一致。ACC氧化酶基因大多表现瞬时或间歇性表达,且仅在全雌性材料和普通性型材料中,表现了与雌性的一定程度的协同关系。乙烯受体基因CS-ERS仅在雌性材料“G5224”和强雌性材料“106BE”中瞬间表达,硝酸银明显抑制了其表达,而在普通性型材料中均未表达,表现了与雌性材料的特异协同关系;乙烯受体基因CS-ETR2在所有样品中均有表达,且硝酸银能抑制其表达(除“1613EF”外),乙烯利促进其表达,其在5个材料中的表达与雌性的表现有一定的相关性。就所有基因在同一材料中的表达来看,在全雌性黄瓜材料中,ACC氧化酶基因CS-ACO2和CS-ACO3、乙烯受体基因CS-ETR2和CS-ERS 4个雌性相关基因得到了表达,并且均表现了与雌性的相关性。在强雌材料“1613EF”中,CS-ACO2、CS-ACO3和CS-ETR2有表达,但两个ACC氧化酶基因的表达在硝酸银处理后反而被促进,乙烯受体基因CS-ETR2则在处理和对照中的表达无差异。在强雌材料“106BE”中,4个基因均有表达,两个ACC氧化酶基因的表达与在“1613EF”中的表达有相似之处,两个乙烯受体基因的表达则表现出与雌性的协同关系。在普通性型材料“YX05-47-4”中,除CS-ERS外的ACC氧化酶基因和乙烯受体基因均有表达,且与雌性表现存在一定的协同关系。在西双版纳黄瓜中,仅有CS-ACO3、CS-ETR2 2个雌性相关基因表达,并表现出与雌性的协同关系。可见,每个性别决定基因在植株的性别表现中并非具有同等效应和同样的协同关系;不同性型材料的性别表现可能受不同性别决定基因的表达消长和调控。
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