陸地棉優(yōu)質(zhì)品種纖維品質(zhì)性狀QTL定位.pdf

1、棉花是世界上首要的天然纖維經(jīng)濟作物，棉纖維是紡織工業(yè)的主要原料。我國是世界棉花第一消費大國，棉紡產(chǎn)業(yè)在我國國民經(jīng)濟中占重要地位，是我國出口創(chuàng)匯和解決國民就業(yè)的的重要行業(yè)?，F(xiàn)育的主推棉花品種的纖維品質(zhì)基本能滿足當(dāng)前紡織工業(yè)的要求，但纖維長度單一，強度偏低，細(xì)度較差，缺乏能紡高檔棉紗的品種，每年需要大量進口高檔棉。如何盡快培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花品種是擺在廣大棉花育種工作者面前的緊迫課題。
　　棉花的纖維品質(zhì)性狀是受微效多基因控制的數(shù)量性狀，

2、傳統(tǒng)的基于親本雜交與后代表型嚴(yán)格篩選的育種策略已經(jīng)大大改進了栽培棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)，然而這種育種策略進展緩慢，周期長，費時費力，效率低。并且棉花的纖維產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，纖維品質(zhì)各個性狀之間也存在復(fù)雜負(fù)相關(guān)關(guān)系，這些導(dǎo)致了傳統(tǒng)育種策略中產(chǎn)量和品質(zhì)往往難以兼顧，品質(zhì)性狀內(nèi)部各個指標(biāo)難以兼顧。
　　分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)為育種者提供了一種快速、準(zhǔn)確的選擇方法，能夠定向進行有利基因聚合，打破不利連鎖，從而高效培育

3、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花品種。利用分子標(biāo)記輔助選擇進行棉花育種實踐必須具備三個條件:(1)弄清楚棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的分子調(diào)控機制;(2)定位纖維產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的數(shù)量性狀基因座(QTL)，克隆有利等位基因;(3)設(shè)計與有利等位基因緊密連鎖的特異分子標(biāo)記，作為篩選標(biāo)記用于分子標(biāo)記輔助選擇育種工作。
　　本研究中使用了國內(nèi)公認(rèn)的兩個纖維品質(zhì)性狀優(yōu)異的陸地棉品種/品系渝棉1號和7235構(gòu)建了一個重組自交系群體，利用此群體進行多年份纖維品質(zhì)性狀Q

4、TL定位分析，來挖掘這兩個品種/品系基因組上的有利基因，期望檢測到高效穩(wěn)定的QTL，為研究纖維品質(zhì)性狀的分子機制和進行分子標(biāo)記輔助選擇育種實踐打下基礎(chǔ)。在重組自交系群體中檢測到的QTL基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了一個F2次級定位群體，對Chr.10上的三個控制纖維品質(zhì)性狀QTL進行進一步定位，縮小QTL區(qū)間，從而為克隆這些QTL的主效基因打下基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)果如下:
　　1.PGML引物
　　雷蒙德氏棉（G.raimondii Ul

5、br.）（D5基因組）是棉屬二倍體物種，目前公認(rèn)為異源四倍體棉花Dt亞基因組的來源物種。本研究根據(jù)美國佐治亞大學(xué)Andrew H.Paterson教授實驗室提供的雷蒙德氏棉BAC末端序列設(shè)計了5000對SSR引物，用于提高遺傳圖譜和QTL定位的精度。分析發(fā)現(xiàn)這批引物的SSR重復(fù)單元中，99.76％的長度都在六個堿基以內(nèi)，其中五個堿基所占比例最大為29.26％，其他分別為兩個堿基的占18.54％，四個堿基占的17.56％，三個堿基的占14

6、.22％，一個堿基的占10.24％，六個堿基的占9.94％和超過六個堿基的占0.24％。在兩個親本間一共篩選到299對多態(tài)性PGML引物，所占比例為6.0％，擴增出了329個多態(tài)性位點。在遺傳圖譜上，PGML位點廣泛分布在26條染色體上，表明PGML引物適合于陸地棉遺傳圖譜構(gòu)建和QTL定位等研究。
　　2.基于重組自交系群體的遺傳連鎖圖譜
　　我們一共使用25313對SSR引物在親本間進行多態(tài)性引物篩選，獲得1468對多態(tài)性

7、引物，所占比例是5.8％。利用多態(tài)性引物對重組自交系群體進行基因型檢測，獲得了1582個多態(tài)性位點。
　　基于這些多態(tài)性SSR位點，我們構(gòu)建了一張包含1540個位點的遺傳連鎖圖，一共有26個連鎖群，分別對應(yīng)陸地棉26條染色體，連鎖群遺傳重組總長度是2842.06 cM，標(biāo)記間的平均距離是1.85 cM。At亞基因組上定位了528個SSR多態(tài)性標(biāo)記，覆蓋1333.82 cM，標(biāo)記間平均距離是2.53 cM; Dt亞基因組上定位了10

8、12個SSR多態(tài)性標(biāo)記，覆蓋1508.25 cM，標(biāo)記間平均距離是1.49 cM。
　　SSR標(biāo)記并非均勻分布于26條染色體上，24號染色體上定位的標(biāo)記異常豐富，達(dá)447個，而4號染色體上定位的標(biāo)記最少，只有17個。同一條染色體上相鄰標(biāo)記間的距離是0.1-44.5 cM。一共有50個大于10 cM的標(biāo)記間隔(gap)分布在不同染色體上，其中最大的一個間隔是44.5 cM，位于15號染色體上。不同染色體的遺傳重組長度差異較大，最長的

9、是26號染色體172.3 cM，最短的是24號染色體，只有56.5 cM。不同染色體上標(biāo)記間平均距離差異也較大，3號染色體平均距離最大為5.96 cM，24號染色體平均距離最小為0.13 cM。
　　3.標(biāo)記偏分離現(xiàn)象
　　本研究中一共有662個SSR位點顯示出顯著的偏分離(P＜0.05)，占41.8％，其中625個(95％)偏向于渝棉1號基因型，33個(5％)偏向于7235基因型。分布在Dt亞基因組上的偏分離標(biāo)記遠(yuǎn)多于At

10、亞基因組(582 vs.80)。Chr.24染色體上所有的447個標(biāo)記都顯著偏分離，構(gòu)成一個大的偏分離區(qū)(SDR);另外還有16個偏分離區(qū)，包含131個偏分離標(biāo)記。處于同一個偏分離區(qū)域的所有標(biāo)記都偏向于相同的親本等位基因，體現(xiàn)出了明顯的“搭便車”效應(yīng)(“hitchhiking”effect)。
　　4.纖維品質(zhì)表現(xiàn)
　　四年的纖維品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)顯示，親本纖維品質(zhì)綜合優(yōu)良，親本間性狀比較發(fā)現(xiàn)，7235的纖維長度(34.13mm，

11、30.72 mm，33.21mm，32.04 mm)明顯大于渝棉1號(30.62mm，29.73 mm，28.81mm，28.35 mm)，馬克隆值(3.55，3.87，3.67，3.92)明顯小于渝棉1號(4.55，4.45，3.98，4.32)，體現(xiàn)了親本7235在纖維長度和細(xì)度方面顯著優(yōu)于渝棉1號，而在其他性狀上，二者差異不大。重組自交系群體的纖維品質(zhì)的各個性狀呈現(xiàn)近似正態(tài)分布，體現(xiàn)出數(shù)量性狀遺傳特征;跟親本比較發(fā)現(xiàn)，各個性狀在各

12、年份中的最大值均大于親本，最小值均小于親本，顯示了超親分離。
　　基于重組自交系群體四年的纖維表型數(shù)據(jù)方差分析，我們發(fā)現(xiàn)纖維品質(zhì)的各個性狀受環(huán)境因素和遺傳因素影響顯著。同時，相關(guān)性分析也揭示纖維品質(zhì)各個性狀間存在復(fù)雜的相關(guān)性，如纖維長度、強度和整齊度這三者之間相互呈顯著正相關(guān);纖維馬克隆值有利表型與纖維強度、整齊度有利表型呈顯著負(fù)相關(guān);另外馬克隆值與纖維長度相關(guān)性在不同年份中表現(xiàn)不一致;而纖維伸長度與其他性狀在不同年份都呈極顯著正

13、相關(guān)或者負(fù)相關(guān)。
　　5.重組自交系群體纖維品質(zhì)性狀QTL
　　一共檢測到了61個控制纖維品質(zhì)性狀的QTL，包括18個顯著QTL和43個可能QTL。分別有12、14、13、11和11個QTL控制纖維長度、整齊度、馬克隆值、伸長度和強度，解釋變異率為5.0-28.1％。有8個QTL可以在至少三個年份中檢測到，包括qFL10.1、qFL24.1、qFM23.1、qFM24.1、qFE10.1、qFE24.1、qFS10.1和qF

14、S24.1;這8個QTL具有非常高的研究價值和應(yīng)用價值，可以用于圖位克隆和分子標(biāo)記輔助選擇育種(MAS)研究。Chr.05、Chr.08、Chr.10、Chr.18和Chr.24上存在QTL共置現(xiàn)象，這些共置的QTL包括了主要的顯著QTL，表明這些區(qū)域內(nèi)存在調(diào)控纖維品質(zhì)性狀的重要基因。各個性狀的QTL有利等位基因都分別來源于兩個親本，其中渝棉1號貢獻(xiàn)了17個有利等位基因，而7235貢獻(xiàn)了42個有利等位基因，另外有兩個纖維伸長度QTL有利

15、等位基因在不同年份中來源于不同親本。
　　6.Chr.24上存在異?，F(xiàn)象
　　Chr.24上體現(xiàn)了多個異?，F(xiàn)象:(1)多態(tài)性標(biāo)記異常豐富，一共有447個多態(tài)性位點，并且所有的位點都顯著偏分離，全部偏向渝棉1號;(2) Chr.24也是QTL熱點區(qū)，檢測到4個QTL，其中3個是非常穩(wěn)定的主效QTL;(3)染色體重組長度最短，染色體片段很少發(fā)生重組，導(dǎo)致QTL區(qū)間幾乎覆蓋整條染色體，難以確定QTL的真實數(shù)目。這些異常現(xiàn)象進一步說

16、明了7235的Chr.24可能包含來源于異常棉或者海島棉的染色體漸滲片段。
　　7.Chr.10上的纖維品質(zhì)性狀QTL在F2次級群體中定位
　　選擇RIL-179與親本渝棉1號雜交，構(gòu)建了一個包含1038株個體的F2次級定位群體。根據(jù)Chr.10上的QTL區(qū)間在雷蒙德氏棉基因組上的同源序列設(shè)計了1663對SSR引物，用于尋找QTL區(qū)間多態(tài)性分子標(biāo)記。最終獲得了30對多態(tài)性SSR引物在F2群體中能擴增出清晰的多態(tài)性位點。QTL

17、區(qū)間遺傳圖譜包含30個多態(tài)性SSR位點，重組總長度為34.6 cM，標(biāo)記間平均距離約為1.57 cM。該圖譜上的位點順序與基于雷蒙德氏棉基因組序列的物理圖譜高度一致。結(jié)合遺傳圖譜和F2群體纖維品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)進行QTL分析，檢測到了qFL10.1、qFS10.1、qFE10.1和qFM10.1，其中qFM10.1是新檢測到的QTL，這四個QTL1-LOD置信區(qū)間高度重合，均在標(biāo)記SWU4439和SWU4772之間，解釋表型變異率為11.6-