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(jì)作物，棉纖維是紡織工業(yè)的主要原料。我國(guó)是世界棉花第一消費(fèi)大國(guó)，棉紡產(chǎn)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位，是我國(guó)出口創(chuàng)匯和解決國(guó)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(zhǎng)度單一，強(qiáng)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(jìn)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(jìn)了栽培棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)，然而這種育種策略進(jìn)展緩慢，周期長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)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(gè)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(gè)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(jìn)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(jìn)行棉花育種實(shí)踐必須具備三個(gè)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(jī)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(jì)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(guó)內(nèi)公認(rèn)的兩個(gè)纖維品質(zhì)性狀優(yōu)異的陸地棉品種/品系渝棉1號(hào)和7235構(gòu)建了一個(gè)重組自交系群體，利用此群體進(jìn)行多年份纖維品質(zhì)性狀Q

4、TL定位分析，來挖掘這兩個(gè)品種/品系基因組上的有利基因，期望檢測(cè)到高效穩(wěn)定的QTL，為研究纖維品質(zhì)性狀的分子機(jī)制和進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇育種實(shí)踐打下基礎(chǔ)。在重組自交系群體中檢測(cè)到的QTL基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了一個(gè)F2次級(jí)定位群體，對(duì)Chr.10上的三個(gè)控制纖維品質(zhì)性狀QTL進(jìn)行進(jìn)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(guó)佐治亞大學(xué)Andrew H.Paterson教授實(shí)驗(yàn)室提供的雷蒙德氏棉BAC末端序列設(shè)計(jì)了5000對(duì)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(zhǎng)度都在六個(gè)堿基以內(nèi)，其中五個(gè)堿基所占比例最大為29.26％，其他分別為兩個(gè)堿基的占18.54％，四個(gè)堿基占的17.56％，三個(gè)堿基的占14

6、.22％，一個(gè)堿基的占10.24％，六個(gè)堿基的占9.94％和超過六個(gè)堿基的占0.24％。在兩個(gè)親本間一共篩選到299對(duì)多態(tài)性PGML引物，所占比例為6.0％，擴(kuò)增出了329個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。在遺傳圖譜上，PGML位點(diǎn)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(duì)SSR引物在親本間進(jìn)行多態(tài)性引物篩選，獲得1468對(duì)多態(tài)性

7、引物，所占比例是5.8％。利用多態(tài)性引物對(duì)重組自交系群體進(jìn)行基因型檢測(cè)，獲得了1582個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。
　　基于這些多態(tài)性SSR位點(diǎn)，我們構(gòu)建了一張包含1540個(gè)位點(diǎn)的遺傳連鎖圖，一共有26個(gè)連鎖群，分別對(duì)應(yīng)陸地棉26條染色體，連鎖群遺傳重組總長(zhǎng)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(gè)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(gè)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(hào)染色體上定位的標(biāo)記異常豐富，達(dá)447個(gè)，而4號(hào)染色體上定位的標(biāo)記最少，只有17個(gè)。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(gè)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(gè)間隔是44.5 cM，位于15號(hào)染色體上。不同染色體的遺傳重組長(zhǎng)度差異較大，最長(zhǎng)的

9、是26號(hào)染色體172.3 cM，最短的是24號(hào)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(hào)染色體平均距離最大為5.96 cM，24號(hào)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(gè)SSR位點(diǎn)顯示出顯著的偏分離(P＜0.05)，占41.8％，其中625個(gè)(95％)偏向于渝棉1號(hào)基因型，33個(gè)(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(gè)標(biāo)記都顯著偏分離，構(gòu)成一個(gè)大的偏分離區(qū)(SDR);另外還有16個(gè)偏分離區(qū)，包含131個(gè)偏分離標(biāo)記。處于同一個(gè)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(zhǎng)度(34.13mm，

11、30.72 mm，33.21mm，32.04 mm)明顯大于渝棉1號(hào)(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(hào)(4.55，4.45，3.98，4.32)，體現(xiàn)了親本7235在纖維長(zhǎng)度和細(xì)度方面顯著優(yōu)于渝棉1號(hào)，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(gè)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(gè)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(gè)性狀受環(huán)境因素和遺傳因素影響顯著。同時(shí)，相關(guān)性分析也揭示纖維品質(zhì)各個(gè)性狀間存在復(fù)雜的相關(guān)性，如纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)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(qiáng)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(zhǎng)度相關(guān)性在不同年份中表現(xiàn)不一致;而纖維伸長(zhǎng)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(cè)到了61個(gè)控制纖維品質(zhì)性狀的QTL，包括18個(gè)顯著QTL和43個(gè)可能QTL。分別有12、14、13、11和11個(gè)QTL控制纖維長(zhǎng)度、整齊度、馬克隆值、伸長(zhǎng)度和強(qiáng)度，解釋變異率為5.0-28.1％。有8個(gè)QTL可以在至少三個(gè)年份中檢測(cè)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(gè)QTL具有非常高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)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(gè)性狀的QTL有利等位基因都分別來源于兩個(gè)親本，其中渝棉1號(hào)貢獻(xiàn)了17個(gè)有利等位基因，而7235貢獻(xiàn)了42個(gè)有利等位基因，另外有兩個(gè)纖維伸長(zhǎng)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(gè)異?，F(xiàn)象:(1)多態(tài)性標(biāo)記異常豐富，一共有447個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，并且所有的位點(diǎn)都顯著偏分離，全部偏向渝棉1號(hào);(2) Chr.24也是QTL熱點(diǎn)區(qū)，檢測(cè)到4個(gè)QTL，其中3個(gè)是非常穩(wěn)定的主效QTL;(3)染色體重組長(zhǎng)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(shí)數(shù)目。這些異?，F(xiàn)象進(jìn)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(jí)群體中定位
　　選擇RIL-179與親本渝棉1號(hào)雜交，構(gòu)建了一個(gè)包含1038株個(gè)體的F2次級(jí)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(jì)了1663對(duì)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(duì)多態(tài)性SSR引物在F2群體中能擴(kuò)增出清晰的多態(tài)性位點(diǎn)。QTL

17、區(qū)間遺傳圖譜包含30個(gè)多態(tài)性SSR位點(diǎn)，重組總長(zhǎng)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(diǎn)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(jìn)行QTL分析，檢測(cè)到了qFL10.1、qFS10.1、qFE10.1和qFM10.1，其中qFM10.1是新檢測(cè)到的QTL，這四個(gè)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-