[发明专利]基于BSR测序鉴定番茄不规则裂果关键基因SlGH9-15及应用

说明书

本发明公开了调控番茄不规则裂果的关键基因及其鉴定方法和应用。本发明通过BSR测序，首次鉴定获得调控番茄不规则裂果的关键基因SlGH9‑15(Solyc09g010210)，该基因参与纤维素的合成过程，在细胞壁的生物合成和重塑中起重要作用，应为调控裂果的下游基因。该研究结合高通量测序和分子生物学技术，突破裂果防控的瓶颈，为番茄耐裂果性状的遗传改良提供有价值的基因资源，促进基础研究成果走向应用，因此具有重要的科学意义和应用前景。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及番茄不规则裂果的关键调控基因及其鉴定方法和应用。

背景技术

番茄果实在生长发育与采后保鲜流通过程中存在严重的裂果问题，影响其外观品质、缩短货架期，甚至感染霉菌，妨碍果品生产销售。生产中采用均衡水肥等措施能在一定程度上缓解裂果，但很难从根本上解决问题(Richard，1994；Dorais et al.，2004)。

番茄裂果主要分为环裂、纵裂、不规则开裂、角质层裂和混合裂等(Khadivi-Khub，2015)。关于裂果机理的研究较为缓慢。Reynard(1951)认为番茄果实纵裂由2个隐性基因控制。Hudson(1956)认为，果实纵裂和环裂相对独立遗传，但可能存在相互关联的修饰基因。李会佳(2016)从耐裂加工番茄‘14803’中检测到5个分别位于1、2、3号染色体上的与番茄抗裂指数相关的QTLs。Capel等(2017)通过构建番茄RIL群体进行多环境QTL分析，发现位于3号染色体上的主效QTL(Ck3)与裂果相关，包含扩展蛋白和双组分信号转导途径同源蛋白基因。Cui等(2017)通过精细定位发现ER4.1基因调控番茄网裂。Jiang等(2019)发现同时抑制细胞壁降解相关基因PG和EXP1可缓解番茄裂果。朱玉等(2020)将耐裂果基因Cr3a定位在约349kb区间内，包含糖类物质合成和激素信号转导相关基因。陈斌等(2021)通过BSA测序和QTL定位，发现2号染色体上的MAPKKK基因影响番茄不规则裂果。由于番茄裂果性状属于数量性状，由多个基因共同控制，受环境条件影响较大。不同研究者由于选用材料的不同，得出番茄耐裂果遗传的结果也不完全一致。因此，目前对耐裂果机制的理解仍不明晰。

裂果是果皮与果肉组织生长失衡所致，是果实在逆境条件下对其内外生长不协调做出的反应。在漫长的演变过程中，植物形成了一套应答逆境胁迫的机制，包括逆境信号的感知、传递，以及相应受体对逆境信号的识别与转导等三个阶段，此过程受一个复杂的信号通路调控(Liu et al.,2014)。在裂果中是否也存在类似的信号通路或调控网络呢？Xue等(2020)通过lncRNA和mRNA联合转录组分析，发现激素-细胞壁-活性氧共同调控番茄角质层裂，主要包括生长素和乙烯信号途径、过氧化氢途径和细胞壁多糖代谢途径。Chen等(2019)通过转录组分析揭示淀粉代谢和细胞壁多糖代谢途径调控枣果实成熟和开裂。Michail等(2021)通过代谢组和转录组联合分析，发现水分诱导引起的樱桃裂果与细胞壁果胶代谢、脱落酸和乙烯的信号途径、防御响应等过程相关。前期研究还发现，抑制细胞壁降解相关的基因PG和EXP1通过影响果皮细胞壁及蜡质层厚度，抑制番茄裂果(Jiang et al.,2019)。是否还存在别的基因共同构成一个基因网络来调控番茄裂果性状，仍有待进一步研究。

发明内容

发明目的：本发明鉴定的纤维素酶基因SlGH9-15(Solyc09g010210)，与细胞壁主要成分纤维素的生物合成和重塑过程相关。而果皮细胞壁组成与生化修饰通过改变果实硬度及果皮的力学特性(如弹性、塑性、韧性)，进而影响裂果的发生(Balbontín et al.,2013；Considine and Brown,1981)。并且该基因启动子区域含有许多植物激素(脱落酸、乙烯、生长素)和非生物胁迫(干旱、厌氧)相关的响应元件。说明，在果实成熟后期，该基因受某些植物激素和非生物胁迫诱导，通过影响细胞壁纤维素含量和结构的变化，进而调控裂果。本发明利用现代高通量测序和分子技术，突破裂果防控的瓶颈，为番茄耐裂果性状的遗传改良提供有价值的基因资源，促进基础研究成果走向应用，因此具有重要的科学意义和应用前景。