【摘 要】
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新疆是我国核桃重要产区之一,种质资源丰富,拥有着纸皮、薄壳与厚壳等类型的核桃品种。核桃果壳太厚影响核桃的出仁率,而果壳过薄会出现外壳发育不完整,核桃仁裸露在外的情况,影响核桃的外观和运输贮藏。通过基因组测序技术可以挖掘与植物重要性状相关的遗传变异信息,解析表型差异的遗传机制。为探究核桃内果皮的发育机理,本研究以新疆特有的薄壳且露仁核桃品种‘新露’作为主要研究对象,以厚壳核桃品种‘新萃丰’作为对照进
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“核桃内果皮木质素合成不均衡导致露仁的机理研究”（项目编号:32160689）课题主持人:张锐教授; 华中农业大学塔里木大学科研合作联合基金项目“转录调控因子对核桃内果皮发育机制研究”（项目编号:HNLH202004）课题主持人:张锐教授; 华中农业大学塔里木大学科研合作联合基金项目“转录调控因子对核桃露仁分子机理解析及功能鉴定”（项目编号:2662021PY002）课题主持人
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新疆是我国核桃重要产区之一,种质资源丰富,拥有着纸皮、薄壳与厚壳等类型的核桃品种。核桃果壳太厚影响核桃的出仁率,而果壳过薄会出现外壳发育不完整,核桃仁裸露在外的情况,影响核桃的外观和运输贮藏。通过基因组测序技术可以挖掘与植物重要性状相关的遗传变异信息,解析表型差异的遗传机制。为探究核桃内果皮的发育机理,本研究以新疆特有的薄壳且露仁核桃品种‘新露’作为主要研究对象,以厚壳核桃品种‘新萃丰’作为对照进行全基因组重测序分析,目标挖掘出与内果皮发育相关的变异位点与候选基因。结果表明:（1）本研究对‘新露’核桃与‘新萃丰’核桃2个品种,各4株树进行基因组重测序分析,测序深度均在20 x以上;测序数据下机后共产生139.4 G的原始数据,经过质量控制后获得130.1 G的高质量数据,与参考基因组的reads比对率在97.77%～98.54%;两个核桃共获得760万个SNP位点,外显子区域占比2.97%,非同义突变有127 043个,同义突变有94 740个;共获得93万个In Del位点,绝大多数位于基因间区域,有58.5万个（62.72%）,位于编码区域的In Dels有8 523个（0.91%）,移码插入与缺失位点有3 810个。（2）根据种群间基因型不同的分布频率鉴定‘新露’核桃与‘新萃丰’核桃之间的SNP位点,分别在‘新露’与‘新萃丰’获得26 191,556 510个特异SNP位点,覆盖到9 579,12 047个基因;将鉴定获得的基因与序列数据库进行比对,结果为与NR数据库中的基因具有较高的同源性,对比egg NOG数据库注释发现次生代谢物的生物合成所占比例排在前列,在GO与KEGG数据库分析中发现有39个基因参与到植物细胞壁的形成过程,其中有20个基因参与到木质素单体合成的代谢途径中;获取目标候选基因在‘新露’核桃中内果皮硬化期间的转录组表达趋势,发现COMT,CAD与GUX存在不同的表达模式,猜测其在核桃内果皮硬化过程中存在其它功能。（3）利用生物信息学的方法在核桃全基因组中鉴定到18个Jr CADs,分为3个亚家族;Jr CAD成员在基因结构,motif分析和结构域分析中都非常保守;顺式作用元件预测结果显示Jr CAD成员具有与植物激素协作或抗性有关的调控元件;蛋白互作分析与共线性分析表明核桃与拟南芥,小黑核桃之间存在同源关系,各蛋白之间存在互作网络;转录组数据表明,Jr CADs在‘新露’核桃内果皮的发育阶段有不同的表达模式,存在高表达的基因。结合q RT-PCR数据和系统进化树的结果,JrCAD17和JrCAD18这2个基因的表达模式与核桃内果皮硬化过程中的木质素积累紧密联系。
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