莴苣属于菊科植物,是一种深受消费者喜爱的蔬菜。莴苣具有丰富多样的形态,根据株型可分为奶油生菜、散叶生菜、罗马生菜、结球生菜以及莴笋等多种类型。奶油生菜株型美观,具有圆叶和株型紧凑的特征。对奶油生菜株型的遗传分析及调控基因的克隆不仅可以丰富植株株型的调控理论,并对莴苣的遗传改良具有重要的价值。本研究对奶油生菜株型的遗传位点进行了解析,主要研究结果如下:(1)利用奶油生菜(W6-29885)和莴笋(Ws1168)杂交获得F_1代,自交后获得F_2和F_3代。在F_3代中,发现一个家系存在散叶生菜株型和奶油生菜株型的分离,且符合孟德尔遗传的3:1分离比。通过BSR(Bulk Segregant Analysis+RNA-seq)和图位克隆,将调控奶油生菜株型的基因定位在1号染色体55,769,129 bp─60,189,439bp候选区间。该候选区域与前期定位莴苣紧凑株型的位点重合,因此推测该区域存在调控莴苣紧凑株型与奶油生菜株型类似的基因。候选区间内的LG114959基因属于AGCVIIIa家族,与拟南芥At KIPK(AT3G52890)基因同源,将其命名为LsKIPK。在奶油生菜亲本中,该基因在第一个外显子发生无义突变,致使编码蛋白丢失激酶结构域。遗传互补和基因敲除实验验证了LsKIPK基因是控制莴苣紧凑株型和奶油生菜株型的关键基因。LsKIPK基因主要在莴苣的叶肉和中脉部位高表达,该蛋白定位于细胞膜。Lskipk的功能丢失缩短叶中脉表皮细胞的长度,进而导致叶片变短。Lskipk变异也增强了叶枕和叶脉的机械强度,从而减小叶夹角。对栽培莴苣和野莴苣中LsKIPK基因序列分析发现,栽培莴苣中LsKIPK存在两种功能丢失的变异类型。一种是无义突变导致提前终止,另一种是在激酶保守结构域发生了非同义突变。这两种功能丢失变异发生在莴苣驯化后。(2)本研究通过结球生菜PI536734和奶油生菜PI577118杂交构建F_2分离群体,在F_2代中呈现典型的非奶油生菜株型和奶油生菜株型的分离,且符合孟德尔遗传3:1分离比。BSR分析表明在4号染色体70 Mb附近存在一个控制奶油生菜株型的遗传位点。精细定位将调控奶油生菜株型的基因定位于70,046,962─70,539,919 bp范围内。候选区间有一个编码AAA-ATPase的结构基因LG440314Staurosporine供应商5。在奶油亲本中,该基因的第一个外显子存在19 bp插入,导致该基因发生移码突变。遗传互补和基因敲除实验,验证了LsATPase基因是控制莴苣紧凑株型和奶油生菜株型的另一个关键基因。LsATPase蛋白定位于细胞膜。Lsatpase基因的功能丢失缩短叶中脉表皮细胞的长度,从而导致叶片长度变短,同时也会增强叶枕和叶脉的机械强度,减小叶夹角。对栽培莴苣和野莴苣的LsATPase基因序列分析发现,LsATPase存在两种功能丢失的变异类型,在奶油生菜中为19 bp插入,在莴笋中为单碱基A的插入。这两种功能丢失变异发生于莴苣驯化后。Lsatpase和Lskipk对奶油生菜的形成具有同等重要的作用。(3)本研究将LsKIPK和LsATPase的奶油生菜互补材料与商品种奶油生菜杂交,F_1表型证实了Lskipk Lsatpase是奶油生菜株型NVP-TNKS656体外形成的必要条件。此外,遗传分析表明了Lskipk Lsatpase会抑制结球基因Lssaw1和LsKN1▽的效应。(4)阐明了LsKIPK和LsATPase的遗传互作对株型发育的调控机制。从莴笋Y37和散叶生菜S1的杂交后代中筛选到一个双位点杂合(LsKIPK Lskipk/LsATPase Lsatpase)的高cost-related medication underuse世代家系。对该家系四种基因型(LsKIPK LsATPase、LsKIPK Lsatpase、Lskipk LsATPase和Lskipk Lsatpase)进行差异表达分析。结果显示功能丢失的Lskipk和Lsatpase影响了细胞壁形成和细胞骨架相关基因的表达。相比受体材料,LsKIPK和LsATPase分别互补后,增厚了叶中脉的木质部细胞和薄壁细胞的细胞壁。总结,本研究通过遗传定位鉴定到了两个调控奶油生菜株型的关键基因LsKIPK和LsATPase,它们是奶油生菜株型形成的充分必要条件。研究发现LsKIPK和LsATPase介导细胞壁代谢相关基因的表达,改变了细胞壁厚度和细胞大小,影响了叶脉的生长状态,从而调控莴苣株型的发育。本课题为莴苣株型育种提供了新的基因资源和育种策略。