陸地棉產(chǎn)量和纖維性狀的關(guān)聯(lián)分析研究.pdf

1、棉花是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，是世界上紡織纖維的主要來源。現(xiàn)代紡織技術(shù)的變化需要高質(zhì)量的纖維，提高棉花的產(chǎn)量和纖維的質(zhì)量是棉花育種中的主要目標(biāo)。陸地棉廣泛種植于世界各地，約占世界棉花纖維產(chǎn)量的95％。研究陸地棉的遺傳結(jié)構(gòu)對(duì)提高纖維的產(chǎn)量和改良纖維的質(zhì)量具有重要的意義。前人的研究表明陸地棉的產(chǎn)量和纖維性狀是受多個(gè)基因控制和環(huán)境共同作用的數(shù)量性狀，具有復(fù)雜的遺傳結(jié)構(gòu)。隨著分子標(biāo)記技術(shù)在遺傳育種領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使用基于連鎖不平衡的關(guān)聯(lián)分析為研究棉

2、花產(chǎn)量和纖維性狀的遺傳結(jié)構(gòu)提供了新的途徑，它與基于連鎖圖譜的QTL定位相互補(bǔ)充，成為研究棉花復(fù)雜性狀的主要方法之一。本研究利用關(guān)聯(lián)分析的方法檢測(cè)控制棉花產(chǎn)量和纖維性狀的遺傳變異位點(diǎn)，并利用分子標(biāo)記輔助選擇對(duì)產(chǎn)量和纖維性狀進(jìn)行改良。其主要結(jié)果如下:
　　一.在代表中國(guó)三大棉區(qū)的河南安陽，新疆庫車和江蘇南京連續(xù)三年種植323份陸地棉品種并對(duì)三個(gè)纖維性狀（上半部平均長(zhǎng)度，強(qiáng)度和馬克隆值）進(jìn)行表型測(cè)量。使用GMDR-GPU對(duì)5600個(gè)SS

3、Rs分子標(biāo)記進(jìn)行篩選，得到與三個(gè)纖維性狀相關(guān)性較強(qiáng)的317個(gè)SSRs。然后使用這317個(gè)SSRs標(biāo)記，利用基于混合線性模型方法的關(guān)聯(lián)分析軟件QTXNetwork進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，研究加性效應(yīng)、上位性效應(yīng)和環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)三個(gè)纖維性狀的作用。研究結(jié)果顯示，加性和上位性效應(yīng)對(duì)三個(gè)纖維性狀都非常重要;上位性效應(yīng)是纖維長(zhǎng)度的最重要的遺傳效應(yīng)，而加性效應(yīng)是纖維強(qiáng)度和馬克隆值最主要的遺傳成分。三個(gè)性狀的環(huán)境互作效應(yīng)所能解釋的表現(xiàn)型方差較小，說明三個(gè)纖維性

4、狀在不同環(huán)境表現(xiàn)比較穩(wěn)定。檢測(cè)到的與三個(gè)性狀相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)具有中等效應(yīng)的加性位點(diǎn)和微小效應(yīng)的上位性位點(diǎn)。這些加性位點(diǎn)更傾向于位于A亞染色體組上，而上位性位點(diǎn)更多地是D亞染色體組內(nèi)的互作和A亞染色體組與D亞染色體組之間的互作，這可能是四倍體棉花的纖維質(zhì)量高于二倍體祖先的一個(gè)原因。檢測(cè)到11個(gè)具有加性效應(yīng)的位點(diǎn)和14對(duì)具有上位性效應(yīng)的位點(diǎn)與纖維上半部平均長(zhǎng)度顯著關(guān)聯(lián)（遺傳率大于0.5％，顯著性小于10-5）;14個(gè)具有加性效應(yīng)的位點(diǎn)和2對(duì)具有

5、環(huán)境與上位性效應(yīng)的位點(diǎn)與纖維強(qiáng)度顯著關(guān)聯(lián);8個(gè)具有加性效應(yīng)的位點(diǎn)、1個(gè)具有加性與環(huán)境互作效應(yīng)的位點(diǎn)和3對(duì)具有上位性效應(yīng)的位點(diǎn)與馬克隆值顯著關(guān)聯(lián)。這些與性狀顯著關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)大多數(shù)落在基因內(nèi)。三個(gè)性狀的表型相關(guān)性分析結(jié)果顯示纖維上半部分平均長(zhǎng)度和纖維強(qiáng)度呈正相關(guān)(r=0.71，p＜0.01);馬克隆值與纖維上半部分平均長(zhǎng)度(r=-0.25，p＜0.01)和纖維強(qiáng)度(r=-0.24，p＜0.01)都呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)，一些關(guān)聯(lián)位點(diǎn)同時(shí)控制多個(gè)纖維性

6、狀，如NAU1302-213對(duì)纖維上半部平均長(zhǎng)度和纖維強(qiáng)度都有正向加性效應(yīng)，表明選擇這個(gè)位點(diǎn)同時(shí)可以改良纖維上半部平均長(zhǎng)度和纖維強(qiáng)度。
　　39份陸地棉品種及它們之間雜交產(chǎn)生的178個(gè)雜交組分別在2012年和2013年種植于新疆阿拉爾和河南安陽，對(duì)包括纖維上半部平均長(zhǎng)度，整齊度，馬克隆值，強(qiáng)度和延展性在內(nèi)的五個(gè)纖維性狀進(jìn)行表型測(cè)定。然后基于351個(gè)SSRs分子標(biāo)記使用關(guān)聯(lián)分析軟件QTXNetwork對(duì)這五個(gè)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，研究性

7、狀表型與基因型之間的關(guān)系。使用包含加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)、上位性效應(yīng)（包括加加上位，加顯上位，顯加上位和顯顯上位）及它們與環(huán)境互作效應(yīng)的遺傳模型分析五個(gè)纖維性狀的遺傳結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示基因與環(huán)境的互作效應(yīng)能夠解釋47.51～80.39％的表型變異，表明這些陸地棉品種的纖維性狀受環(huán)境影響較大。其中，加性與環(huán)境互作效應(yīng)是纖維上半部平均長(zhǎng)度，整齊度，強(qiáng)度三個(gè)性狀的第一遺傳組分;馬克隆值主要由顯性與環(huán)境互作效應(yīng)決定;纖維延展性的顯性與環(huán)境互作效應(yīng)和

8、上位性與環(huán)境互作效應(yīng)的遺傳率都較大。共檢測(cè)到10個(gè)遺傳變異位點(diǎn)與纖維上半部平均長(zhǎng)度相關(guān)聯(lián);5個(gè)位點(diǎn)與纖維整齊度相關(guān)聯(lián);6個(gè)位點(diǎn)與馬克隆值相關(guān)聯(lián);8個(gè)位點(diǎn)與纖維強(qiáng)度相關(guān)聯(lián);8個(gè)位點(diǎn)與纖維延展性相關(guān)聯(lián)。篩選出每個(gè)性狀中極顯著(PEW-value＜10-8)關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)，通過選擇這些位點(diǎn)不同的基因型可以改良纖維質(zhì)量。軟件還給出了每個(gè)性狀在每個(gè)環(huán)境下同源基因型(QQ，qq)，異源基因型(Qq)，最優(yōu)純系(best line)，超級(jí)純系(super

9、ior line)，最優(yōu)雜交系(best hybrid)和超級(jí)雜交系(superior hybrid)的遺傳預(yù)測(cè)值。對(duì)預(yù)測(cè)值的分析結(jié)果表明雜種優(yōu)勢(shì)能夠在棉花育種中利用。在每個(gè)環(huán)境中基于最優(yōu)純系或最優(yōu)雜交系選擇相應(yīng)的關(guān)聯(lián)位點(diǎn)可以得到特定環(huán)境下的最優(yōu)純系或最優(yōu)雜交系。
　　三.研究了217份陸地棉品種的皮棉產(chǎn)量，鈴重，鈴數(shù)和衣分含量四個(gè)產(chǎn)量性狀的遺傳結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示四個(gè)性狀的基因與環(huán)境互作效應(yīng)的遺傳率都比較大，表明環(huán)境因素對(duì)纖維產(chǎn)量

10、及其組分的影響較大。其中，皮棉產(chǎn)量和衣分含量?jī)蓚€(gè)性狀主要受加性與環(huán)境互作效應(yīng)和顯性與環(huán)境效應(yīng)控制;上位性與環(huán)境互作效應(yīng)是鈴數(shù)的主要遺傳組分;衣分含量的加性與環(huán)境互作效應(yīng)的遺傳率最大，同時(shí)加性效應(yīng)和上位性與環(huán)境互作效應(yīng)的遺傳率也較大。共檢測(cè)到6個(gè)遺傳變異位點(diǎn)與皮棉產(chǎn)量相關(guān)聯(lián);8個(gè)位點(diǎn)與鈴重相關(guān)聯(lián);3個(gè)位點(diǎn)與鈴數(shù)相關(guān)聯(lián);9個(gè)位點(diǎn)與衣分含量相關(guān)聯(lián)。一些顯著的QTSs被篩選出來，在特定環(huán)境下可以通過選擇這些QTSs特定的基因型來改良四個(gè)產(chǎn)量性狀