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卷须是葫芦科瓜类作物株型研究最重要的方面之一,也是研究植物向触性运动的重要的植物模式器官。黄瓜的基因组、转录组和变异组的测序工作的完成,为系统研究黄瓜提供了大数据平台支持。本课题搜集了世界各地3342份黄瓜种质资源,发现唯一的一份无卷须的黄瓜资源CG9192,该种质的卷须被侧枝所替代,完全失去了攀援能力。我们推测该稀有表型是由稀有的遗传变异引起的。通过基因组学、变异组学和转录组学的综合分析,并应用稀有遗传变异的分析策略,我们发现了控制黄瓜卷须发育的身份基因CsTEN,并揭示了黄瓜卷须的同源器官是侧枝—这一曾经困扰达尔文的植物发育学谜团。本论文的主要结果如下：1.通过对变态卷须种质CG9192和正常卷须种质404的表型观察和扫描电镜分析,发现侧枝是黄瓜卷须的同源器官,遗传学研究表明变态卷须性状由一个隐性单基因控制(CsTEN)。2.稀有SNP在黄瓜四个亚群的分布不均匀,印度亚群拥有的稀有SNP数目最高,占所有稀有SNP数目的81%,印证了印度是黄瓜的起源中心。应用稀有变异分析策略,结合转录组数据,发现了变态卷须种质CG9192的一个稀有SNP (rSNPl)对应着一个在黄瓜卷须里特异表达的基因Csa5G644520,推测该基因可能是卷须的身份基因。3.构建遗传大群体,应用图位克隆的方法将候选基因CsTEN定位区间缩小至16Kb(区间内只有一个基因),并通过与核心种质的基因组重测序序列比对,发现只有发现的rSNP1可以解释变态卷须表型。针对rSNP1设计dCAPS标记,检测了世界范围内的、有卷须的1386份黄瓜种质,结果显示该稀有变异仅存在于黄瓜种质CG9192中,从而从遗传学上充分证明rSNP1所对应的基因Csa5G644520就是控制黄瓜卷须发育的基因CsTEN。4. CsTEN属于TCP家族的CYC/TB1亚类,CsTEN上的稀有SNP发生在葫芦科特有的保守结构域,该结构域不存在于已知的TCP蛋白中,该结构域是进化上新产生的一个结构域；烟草和酵母中的实验表明,该稀有SNP显著影响了CsTEN的转录激活活性。原位杂交分析进一步表明该CsTEN在黄瓜卷须里特异表达,是控制黄瓜卷须发育的身份基因。5.喷瓜是葫芦科植物中唯一没有卷须的植物,通过检测葫芦科卷须的身份基因TEN,发现喷瓜的TEN基因存在至少两个以上的提前终止变异,使得喷瓜的TEN基因完全失去了功能。6.构建了正常卷须和变态卷须的近等基因系,并将这对近等基因系进行转录组测序,发现CsTEN抑制叶和花等的侧生器官相关基因的表达,同时促进向触性运动相关基因的表达。