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百日草(Zinnia elegans)属于菊科百日草属一年生草本花卉，由于其花期长、花色丰富，是重要的花坛、花境及盆花材料，具有重要的商品价值。花瓣作为其头状花序重要的组成部分之一，不仅可用于观赏，而且是一种加工干花的材料，是商品价值的集中体现。百日草自然突变产生的花瓣管瓣化突变体丰富了百日草花瓣品种，促进了更多百日草新品种的培育。然而，关于其瓣型的分子研究却少有报道，极大的限制了百日草瓣型育种的发展。本课题旨在利用百日草花瓣管瓣化突变体与野生型杂交获得瓣型分离的群体，分析管瓣性状的遗传规律并通过BSA结合二代测序对百日草花瓣进行转录组测序分析，筛选与管瓣性状连锁的SNP位点并进行验证，以获得与管瓣性状连锁的分析标记、定位管瓣性状控制基因，为百日草花瓣分子育种提供理论依据。主要研究结果如下：
1.管瓣性状遗传分析将百日草管瓣突变体A1GH与平瓣野生型S5杂交，F1代与管瓣亲本回交获得BC1代群体，F1代自交获得F2代群体。卡方检验BC1代瓣型分离比为平瓣∶管瓣≈1∶1，F2代瓣型分离比为平瓣∶管瓣≈3∶1，表明管瓣性状由一对单隐性核基因控制，管瓣性状为隐性性状，平瓣性状为显性性状。
2.百日草花瓣转录组测序及分析利用瓣型分离的BC1群体构建管瓣极端混合池和平瓣极端混合池，分别提取混合池总RNA进行转录组测序，总共获得72433个unigenes，最大长度为13117bp，最小长度为201bp，平均长度为1063bp，N50为1620bp，E90N50为1874bp。基于六大数据库对转录本进行功能注释，有36243、26793、24908、3836、24368、14152个unigenes分别注释到NR、Swiss-Prot、Pfam、COG、GO和KEGG数据库，其中有3244个unigenes(4.5%)在六个数据库中都得到了注释。对两个极端混合池进行差异表达转录本分析，共获得了3227个差异表达基因，1308个差异表达基因成功注释到GO数据中，其中有2个差异表达基因被注释到与花发育术语相关；131个差异表达基因成功注释到COG数据库中，其中有6个差异表达基因参与细胞壁、细胞膜及核膜生物合成，2个差异表达基因参与细胞周期调控、细胞分裂及染色体分离；350个差异表达基因成功注释到KEGG数据库中，其中有34个差异表达基因参与了7种常见植物激素的信号传导，从中筛选了10个典型与激素相关的基因；113个差异表达基因注释到植物转录因子数据库中，包括MADS、TCP等与花发育相关的转录因子家族，从中筛选了13个可能与花瓣瓣型发育相关的转录因子。根据差异表达基因分析的结果选择了5个与花瓣瓣型发育相关的基因进行半定量RT-PCR分析验证，发现与百日草花瓣转录组测序分析结果一致。
3.管瓣性状基因定位选择在管瓣极端混合池中表达值接近1、平瓣极端混合池中表达值接近0.5、测序深度大于20且能够被常规限制性内切酶区分的SNP位点转化成CAPS标记，共设计了96对CAPS引物。利用管瓣基因混合池、平瓣基因混合池、亲本(两个)及F1代对自主开发96对CAPS引物进行多态性筛选，获得了6对具有多态性的引物，利用其对BC1群体中228个单株进行扫描，成功获得了3个与管瓣性状连锁的标记，其中有两个标记表现为共分离，初步将管瓣性状控制基因turf定位于标记TR93956/TR71245和TR67288之间。其次，利用初步定位区间翼侧的标记对扩大BC1分离群体(1005株)进行重组单株的筛选，结合之前初步定位中筛选的重组单株最终获得了23株重组单株。以初步定位区间作为百日草管瓣基因的目标区域，两端的23株重组单株作为向百日草管瓣基因进行染色体步移的基点，通过与向日葵、生菜同源序列的比对继续开发与管瓣性状连锁的SNP标记，最终获得了9个与百日草管瓣化基因位点紧密连锁的分子标记，将目的基因定位于标记TR59744和TR128868/TR58240/TR114116/TR94888之间，遗传距离为0.8cM。
1.管瓣性状遗传分析将百日草管瓣突变体A1GH与平瓣野生型S5杂交，F1代与管瓣亲本回交获得BC1代群体，F1代自交获得F2代群体。卡方检验BC1代瓣型分离比为平瓣∶管瓣≈1∶1，F2代瓣型分离比为平瓣∶管瓣≈3∶1，表明管瓣性状由一对单隐性核基因控制，管瓣性状为隐性性状，平瓣性状为显性性状。
2.百日草花瓣转录组测序及分析利用瓣型分离的BC1群体构建管瓣极端混合池和平瓣极端混合池，分别提取混合池总RNA进行转录组测序，总共获得72433个unigenes，最大长度为13117bp，最小长度为201bp，平均长度为1063bp，N50为1620bp，E90N50为1874bp。基于六大数据库对转录本进行功能注释，有36243、26793、24908、3836、24368、14152个unigenes分别注释到NR、Swiss-Prot、Pfam、COG、GO和KEGG数据库，其中有3244个unigenes(4.5%)在六个数据库中都得到了注释。对两个极端混合池进行差异表达转录本分析，共获得了3227个差异表达基因，1308个差异表达基因成功注释到GO数据中，其中有2个差异表达基因被注释到与花发育术语相关；131个差异表达基因成功注释到COG数据库中，其中有6个差异表达基因参与细胞壁、细胞膜及核膜生物合成，2个差异表达基因参与细胞周期调控、细胞分裂及染色体分离；350个差异表达基因成功注释到KEGG数据库中，其中有34个差异表达基因参与了7种常见植物激素的信号传导，从中筛选了10个典型与激素相关的基因；113个差异表达基因注释到植物转录因子数据库中，包括MADS、TCP等与花发育相关的转录因子家族，从中筛选了13个可能与花瓣瓣型发育相关的转录因子。根据差异表达基因分析的结果选择了5个与花瓣瓣型发育相关的基因进行半定量RT-PCR分析验证，发现与百日草花瓣转录组测序分析结果一致。
3.管瓣性状基因定位选择在管瓣极端混合池中表达值接近1、平瓣极端混合池中表达值接近0.5、测序深度大于20且能够被常规限制性内切酶区分的SNP位点转化成CAPS标记，共设计了96对CAPS引物。利用管瓣基因混合池、平瓣基因混合池、亲本(两个)及F1代对自主开发96对CAPS引物进行多态性筛选，获得了6对具有多态性的引物，利用其对BC1群体中228个单株进行扫描，成功获得了3个与管瓣性状连锁的标记，其中有两个标记表现为共分离，初步将管瓣性状控制基因turf定位于标记TR93956/TR71245和TR67288之间。其次，利用初步定位区间翼侧的标记对扩大BC1分离群体(1005株)进行重组单株的筛选，结合之前初步定位中筛选的重组单株最终获得了23株重组单株。以初步定位区间作为百日草管瓣基因的目标区域，两端的23株重组单株作为向百日草管瓣基因进行染色体步移的基点，通过与向日葵、生菜同源序列的比对继续开发与管瓣性状连锁的SNP标记，最终获得了9个与百日草管瓣化基因位点紧密连锁的分子标记，将目的基因定位于标记TR59744和TR128868/TR58240/TR114116/TR94888之间，遗传距离为0.8cM。