短季棉遺傳多樣性分析及其重要農(nóng)藝和經(jīng)濟(jì)性狀的QTL定位.pdf

1、棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，為紡織工業(yè)提供了大部分的天然纖維，是重要的紡織工業(yè)原料，在世界及我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位。短季棉作為一種特殊的生態(tài)類型，在我國未來棉業(yè)可持續(xù)發(fā)展中有著不可替代的作用。利用分子標(biāo)記可以對短季棉種質(zhì)資源進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的評價(jià)。本研究利用分子標(biāo)記-RAPD評價(jià)了短季棉的遺傳多樣性，使育種工作者能更全面地了解早熟短季棉的親緣關(guān)系和遺傳基礎(chǔ)，并且為指導(dǎo)早熟短季棉育種提供參考數(shù)據(jù)。 本研究利用RAPD標(biāo)記對我國2

2、9份不同年代不同生態(tài)區(qū)的早熟短季棉品種進(jìn)行了遺傳多樣性的比較分析。從600條RAPD引物中篩選出了122條帶型清晰且重復(fù)性好的多態(tài)性引物，在29個(gè)短季早熟棉品種中共產(chǎn)生181個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。采用Jaccard’s相似系數(shù)，使用NTSYS-pc 2.10 數(shù)據(jù)分析軟件，非加權(quán)組平均法(UPGMA)對數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，對不同年代品種間平均相似系數(shù)進(jìn)行了分析以及和系譜進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明我國生產(chǎn)上推廣的短季棉品種的遺傳基礎(chǔ)很窄，短季棉育種要取得

3、新突破，必須收集與創(chuàng)新優(yōu)良種質(zhì)資源。 隨著紡織技術(shù)的不斷更新(環(huán)錠紡紗發(fā)展到氣流轉(zhuǎn)子紡紗到正在發(fā)展的噴氣紡紗)，以及人民生活水平的提高，現(xiàn)有的棉花品種已經(jīng)不能滿足要求。因此，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的棉花品種成為當(dāng)務(wù)之急。然而棉花的產(chǎn)量和纖維性狀是復(fù)雜的數(shù)量性狀，而且是負(fù)相關(guān)的；另外，陸地棉遺傳基礎(chǔ)狹窄，迫切需要引進(jìn)海島棉以及其它野生棉的優(yōu)質(zhì)基因。但是陸海種間雜交又存在連鎖累贅等問題，傳統(tǒng)育種很難打破性狀間的連鎖和同時(shí)兼顧產(chǎn)量和品質(zhì)的改良

4、。利用分子標(biāo)記可以構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜，可以對重要性狀進(jìn)行 QTL 定位，并利用與目標(biāo)性狀緊密連鎖的標(biāo)記進(jìn)行輔助選擇育種。 本研究利用多種類型(TRAP、SRAP、AFLP 和 SSR )的分子標(biāo)記，以陸地棉×海島棉F<,2>為作圖群體，構(gòu)建高密度的栽培棉的連鎖圖譜，并對纖維、產(chǎn)量、早熟相關(guān)性狀進(jìn)行了 QTL 定位分析。研究的主要結(jié)果如下： 1.以陸地棉“中棉所36”為母本，海島棉品種“海7124”為父本配置雜交組合F

5、<,1>，F(xiàn)<,1>自交后代的222個(gè)F<,2>單株(“永久”F<,2>群體)的宿根活體長期保存于海南三亞中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所野生棉種植園，選取186個(gè)F<,2>單株作為作圖群體。 2.利用不同類型的分子標(biāo)記對兩個(gè)作圖親本進(jìn)行多態(tài)性篩選，進(jìn)而利用多態(tài)性引物分析186個(gè)F<,2>單株的基因型，共得到1250個(gè)分子標(biāo)記。包括198個(gè)TRAPs，758個(gè)SSRs，143個(gè)AFLPs，151個(gè)SRAPs。同時(shí)考察了兩個(gè)形態(tài)標(biāo)記：黃色

6、花藥和基部紅斑。將1252個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)進(jìn)行x<'2>適合性檢驗(yàn)，在5％的水平上共有249個(gè)(19.9％)標(biāo)記位點(diǎn)不符合孟德爾分離比例，表現(xiàn)顯著偏分離。SSR、TRAP、SRAP和AFLP的偏分離標(biāo)記分別有124、38、24和27個(gè)，偏分離比例分別為19.2％、18.9％、15.9％和16.3％。 3.利用MapMaker/EXP.3.0對所得到的1252個(gè)標(biāo)記進(jìn)行連鎖分析，最終有1097個(gè)標(biāo)記進(jìn)入35個(gè)連鎖群，包括SSR 697個(gè)

7、，TRAP 171個(gè)，SRAP 129個(gè)，AFLP 98個(gè)和兩個(gè)形態(tài)標(biāo)記。圖譜總長4536.8 cM.，標(biāo)記間平均距離4.1cM。根據(jù)錨定或公共的SSR標(biāo)記確定連鎖群，最后確定了和26條染色體對應(yīng)的大連鎖群和4個(gè)未知的小連鎖群。每個(gè)連鎖群的長度在3.5-235.1 cM，標(biāo)記位點(diǎn)個(gè)數(shù)為2到63個(gè)不等，標(biāo)記間平均距離為1.8-11.9 cM。其中最長的連鎖群染色體9，長度為235.1 cM，含有56個(gè)標(biāo)記。NL1-NL8這8個(gè)小的連鎖群共

8、有17個(gè)標(biāo)記，長118.6 cM。染色體A亞組有590個(gè)標(biāo)記，遺傳距離2215.2 cM，平均距離3.8 cM；D染色體亞組有490個(gè)標(biāo)記，共2203 cM，標(biāo)記間平均距離4.1 cM。其中45個(gè)SSR重復(fù)位點(diǎn)建立了異源四倍體棉花13對同源染色體中的11對同源關(guān)系。構(gòu)建到連鎖群上的偏分離標(biāo)記有198個(gè)，占圖譜總標(biāo)記的18.1％，其中SSR標(biāo)記116個(gè)、TRAP標(biāo)記42個(gè)、SRAP標(biāo)記18個(gè)、AFLP標(biāo)記22個(gè)，兩個(gè)形態(tài)標(biāo)記也是偏分離。大

9、部分偏分離標(biāo)記位點(diǎn)在連鎖群上表現(xiàn)為明顯的不同程度聚集現(xiàn)象，主要聚集在連鎖群的中上部或中下部或末端。有幾個(gè)可能是偏分離熱點(diǎn)區(qū)。 4.本研究首次利用新型標(biāo)記TRAP構(gòu)建棉花的遺傳連鎖圖譜。TRAP是一種新型的基于PCR的標(biāo)記。本研究根據(jù)與棉花纖維發(fā)育相關(guān)的cDNAs或ESTs設(shè)計(jì)了57條 TRAP 錨定引物，和SRAP的隨機(jī)引物隨機(jī)組合，其中93對引物組合共得到198個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，每個(gè)引物組合可產(chǎn)生1-7個(gè)不等的多態(tài)性位點(diǎn)，平均每個(gè)

10、引物組合產(chǎn)生2.1個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。共顯性標(biāo)記有19個(gè)(9.6％)，偏分離標(biāo)記有45個(gè)(22.7％)。最終，有171個(gè)TRAP(86.4％)標(biāo)記進(jìn)入所構(gòu)建的連鎖圖譜上，除了三個(gè)小的連鎖群上沒有TRAP標(biāo)記外，其它連鎖群上都有TRAP標(biāo)記，主要分布在染色體c2、c4、c5、c6、C9、c10、c14、c20、A02、A03等染色體上。 5.考查F<,2>單株纖維產(chǎn)量及品質(zhì)性狀以及F<,2:3>家系的產(chǎn)量(因?yàn)槲词盏阶銐虻睦w維，F(xiàn)<,2

11、:3>沒能考察纖維品質(zhì)性狀)和早熟性狀(包括果枝始節(jié)和各個(gè)生育期)。利用軟件QTL Cartographer V2.0，用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行 QTL 檢測，當(dāng)LOD=3.0時(shí)，共檢測出79個(gè)QTLs：纖維品質(zhì)性狀25個(gè)QTLs，能解釋8.69％(qFU-c6-1)到23.19％(qFL-c1-2)表型變異；產(chǎn)量性狀共檢測出36個(gè)；F<,2>檢測出16個(gè)QTLs，F(xiàn)<,3>共檢測出20個(gè)QTLs，每個(gè)性狀有1到6個(gè)QTLs不等。早熟農(nóng)藝性

12、狀共檢測到18個(gè)QTLs。對于同一性狀，等位基因的增效作用既有來自母本方的，也有來自父本方的，即高值或低值親本都可能存在對性狀增效的等位基因。 6.與纖維品質(zhì)QTLs相連鎖的TRAP標(biāo)記。8個(gè)TRAP標(biāo)記分別和纖維長度、整齊度和馬克隆值相關(guān)的 QTLs 連鎖。有的TRAP標(biāo)記和 QTL 緊密連鎖，例如，染色體c1上的關(guān)于纖維長度的一個(gè)QTL(qFL-c1-2)和TRAP標(biāo)記T16E2c緊密連鎖(0.01cM內(nèi))，TRAP標(biāo)記T1

13、6E2c的T16是根據(jù)參與棉花纖維發(fā)育相關(guān)的一個(gè)β-微管蛋白基因GhTub1設(shè)計(jì)的錨定引物而來，而GhTub1基因可能在纖維細(xì)胞延伸階段的極性延伸中具有功能；而有的位于QTL區(qū)間內(nèi)。例如與纖維整齊度相關(guān)的 QTL(qFU-c17-1)，位于QTL的標(biāo)記T9E10b-JESP195區(qū)間。T9是根據(jù)棉花纖維優(yōu)勢表達(dá)基因GhCAP設(shè)計(jì)的，GhCAP基因是編碼腺苷環(huán)化酶相關(guān)蛋白 CAP，可能是細(xì)胞骨架改建中的信號。說明了利用TRAP標(biāo)記不僅能增