陸地棉種子品質(zhì)性狀遺傳及其QTL定位研究.pdf

1、棉花是最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。棉花生產(chǎn)中纖維是主要的收獲對象,而棉花種子是棉花生產(chǎn)的副產(chǎn)品。棉花種子的用途十分廣泛,它是棉花生產(chǎn)的基本生產(chǎn)資料,也是重要的食用油和蛋白質(zhì)資源。棉花種子品質(zhì)性狀的遺傳及其QTL定位研究對于棉花種子品質(zhì)的遺傳改良具有重要的理論和實踐意義。本研究選用49份不同蛋白質(zhì)和棉酚含量的陸地棉種質(zhì)資源和188份陸地棉重組近交系材料,以多年份、多地點種植收獲的種子材料組成原始樣品集,建立了近紅外反射光譜(NIRS)定標(biāo)模型,

2、研究應(yīng)用近紅外反射光譜法測定棉仁粉蛋白質(zhì)含量和棉酚含量的可行性;同時采用包括基因型和基因型×環(huán)境互作的雙子葉植物二倍體種子數(shù)量性狀遺傳模型,按完全雙列雜交設(shè)計,研究了陸地棉種子品質(zhì)性狀的遺傳效應(yīng)、遺傳率、遺傳相關(guān)性、遺傳效應(yīng)預(yù)測和雜種優(yōu)勢表現(xiàn)等。此外,以陸地棉品種間重組自交系為材料,采用隨機(jī)交配技術(shù),獲得了188個系間交配的“永久F2”群體,并運用本實驗室構(gòu)建的該群體的分子連鎖圖譜,應(yīng)用QTLNetwork20軟件對“永久F2”群體在兩

3、個環(huán)境下測得的種子品質(zhì)性狀進(jìn)行QTL定位研究,確定單個基因的位置及效應(yīng)。主要研究如下:
　　 1、采用改進(jìn)的偏最小二乘法(Modified PLS)和(2,4,4,1)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換的方法建立了棉仁粉蛋白質(zhì)和棉酚含量的近紅外反射光譜(NIRS)定標(biāo)模型。該定標(biāo)模型的蛋白質(zhì)含量定標(biāo)決定系數(shù)(RSQ)為0.93和交叉檢驗決定系數(shù)(1-VR)為0.93,定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)誤差(SEC)和交互校驗標(biāo)準(zhǔn)誤差(SECV)分別為0.62和0.64,預(yù)測模型

4、的建模效果優(yōu)良,可替代化學(xué)分析。棉酚含量預(yù)測模型的RSQ、1-VR、SEC和SECV分別為0.84、0.81、0.07和0.08,模型預(yù)測效果略差于蛋白質(zhì)模型,但仍可用于棉仁粉中棉酚含量的測定.
　　 2、采用基因型和基因型×環(huán)境互作的二倍體種子數(shù)量性狀遺傳模型和統(tǒng)計分析方法,分析了陸地棉12個親本及其雙列雜交組合種子品質(zhì)性狀的遺傳效應(yīng)、遺傳率和遺傳相關(guān),結(jié)果表明:
　　 ①遺傳主效應(yīng)和環(huán)境互作效應(yīng)分析表明,種仁率,蛋白

5、質(zhì)含量和油分含量以遺傳主效應(yīng)為主,而耔指、仁指、仁殼比和棉酚含量則是以基因型×環(huán)境互作效應(yīng)為主。所有研究的性狀幾乎都以母體植株遺傳效應(yīng)為主,其次為細(xì)胞質(zhì)效應(yīng).四個種子物理性狀均受環(huán)境影響大,其中籽指、仁指、仁殼比的母體植株遺傳是以顯性效應(yīng)為主,種仁率以細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)為主。蛋白質(zhì)和油分含量以母體加性效應(yīng)為主、母體植株普通遺傳率較高,而棉酚含量以母體顯性×環(huán)境互作效應(yīng)以及細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)為主,細(xì)胞質(zhì)遺傳率較高。
　　 ②棉花種子物理與營養(yǎng)品質(zhì)

6、性狀間的相關(guān)性分析表明,籽指與蛋白質(zhì)含量、油分含量間以胚加性相關(guān)為主,籽指與棉酚含量的相關(guān)受環(huán)境影響大,母體加性與環(huán)境互作負(fù)相關(guān)較為重要;仁指與三個營養(yǎng)品質(zhì)性狀的相關(guān)受環(huán)境影響較大,分別以胚顯性互作負(fù)相關(guān)、胚加性互作正相關(guān)、細(xì)胞質(zhì)和母體顯性互作負(fù)相關(guān)為主;種仁率與蛋白質(zhì)、油分和棉酚含量分別以母體加性正相關(guān)、母體加性負(fù)相關(guān)和細(xì)胞質(zhì)負(fù)相關(guān)為主;仁殼比與三個營養(yǎng)品質(zhì)性狀分別以母體加性正相關(guān)、胚×環(huán)境互作正相關(guān)和細(xì)胞質(zhì)負(fù)相關(guān)為主。營養(yǎng)品質(zhì)性狀間

7、相關(guān)性分析結(jié)果表明,蛋白質(zhì)含量與油分含量呈極顯著的負(fù)相關(guān);蛋白質(zhì)與棉酚含量以胚顯性負(fù)相關(guān)為主;油分含量與棉酚含量以極顯著的胚顯性正相關(guān)為主。因此,在棉花種子品質(zhì)性狀的改良中,可利用這些性狀的相關(guān)進(jìn)行性狀間的間接選擇。
　　 ③7個棉花種子品質(zhì)性狀存在著不同程度的雜種優(yōu)勢,但雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)程度和方向存在著較大的差異,其中籽指、仁指和仁殼比以母體優(yōu)勢為主,種仁率以細(xì)胞質(zhì)優(yōu)勢為主,蛋白質(zhì)含量以母體優(yōu)勢為主,油分含量以胚優(yōu)勢和母體優(yōu)勢為

8、主,棉酚含量以母體優(yōu)勢為主。籽指、仁指和種仁率還存在著較大的環(huán)境互作優(yōu)勢;仁殼比、蛋白質(zhì)含量、油分含量和棉酚含量這幾個性狀的互作優(yōu)勢不明顯,它們主要受遺傳主效應(yīng)雜種優(yōu)勢的影響。
　　 ④不同親本在棉花種子品質(zhì)性狀的改良中具有特定的利用價值,其中SGK3可以明顯增加棉花種子的籽指;H556可明顯增加雜種后代的仁指;SGK3,中棉所44、浙905、魯2015和H556會增加后代的種仁率;126系9、AY-4、浙1793、魯2015和

9、H556能明顯增加后代的仁殼比;AY-4,浙905和Z1138會增加雜種后代的蛋白質(zhì)含量;126系9、浙1793、、R808、H556和J220在棉花高油分育種中具有較好的種用價值;而中棉所44、AY-4、浙905、R808和魯2015可以明顯降低后代的棉酚含量。
　　 3、創(chuàng)建了一套陸地棉品種間“永久F2”群體.選用陸地棉品種間雜交組合(HS46×MARCABtJCAGS[JS-1-88)188個近交系為材料,對其進(jìn)行重組近交

10、系間的隨機(jī)交配,獲得188個重組近交系系間交配的“永久F2”群體。采用本實驗室構(gòu)建的重組自交系分子連鎖圖譜,應(yīng)用QTLNetwork20軟件對“永久F2”群體在兩個環(huán)境下測得的種子品質(zhì)性狀進(jìn)行QTL定位。共檢測到17個與種子品質(zhì)性狀相關(guān)的主效QTLs和15對上位性QTLs控制籽指的主效QTL和上位性位點各2個,共解釋籽指性狀總變異的2227％;控制仁指主效QTL2個和4對上位性位點,共解釋仁指性狀總變異的2304％;控制種仁率的主效QT