陸地棉RIL群體遺傳圖譜構(gòu)建及產(chǎn)量與纖維品質(zhì)QTL定位.pdf

1、棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其生產(chǎn)不僅關(guān)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還極大地影響著紡織和服裝工業(yè)發(fā)展。隨著紡織業(yè)技術(shù)改進(jìn)和人民生活水平提高，棉花的市場(chǎng)需求有了較大增長(zhǎng)，尤其是對(duì)棉花纖維品質(zhì)提出了更高要求。然而棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)都屬典型的復(fù)雜數(shù)量性狀，傳統(tǒng)育種方法很難實(shí)現(xiàn)棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)同步改良?，F(xiàn)代遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展可將控制復(fù)雜性狀的多個(gè)遺傳因子分解成類似于單個(gè)孟德爾因子進(jìn)行研究，將遺傳標(biāo)記與復(fù)雜的數(shù)量性狀QTL位點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)

2、檢測(cè)和追蹤某個(gè)或某幾個(gè)分子標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜數(shù)量性狀的遺傳操控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀的分子標(biāo)記輔助選擇和改良。
　　 本研究在目前開發(fā)的大量棉花SSR分子標(biāo)記的基礎(chǔ)上，采用以PCR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記（SSR、SRAP和RAPD）技術(shù)，以陸地棉重組自交系(RIL)群體為研究對(duì)象，構(gòu)建了具有高密度的陸地棉分子標(biāo)記遺傳圖譜，對(duì)棉花產(chǎn)量與纖維品質(zhì)相關(guān)性狀進(jìn)行了QTL定位，并對(duì)其效應(yīng)進(jìn)行了研究。同時(shí)基于該RIL群體創(chuàng)建了的棉花永久

3、F2群體（IF2群體），并對(duì)其纖維品質(zhì)分布特點(diǎn)及其在棉花纖維品質(zhì)性狀QTl定位中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)以兩個(gè)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)、棉花產(chǎn)量及纖維品質(zhì)性狀均存在較大差異的陸地棉品種HS46和MARCABUCAG8US-1-88為親本，通過(guò)改良行混合法培育而成的RIL群體為材料。通過(guò)3年3點(diǎn)4個(gè)環(huán)境下的棉花產(chǎn)量及纖維品質(zhì)性狀調(diào)查，結(jié)果顯示該RIL群體的兩個(gè)親本品種在棉花產(chǎn)量以及纖維品質(zhì)性狀上均存在顯著差異。同時(shí)該

4、RIL群體在籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、衣分、鈴重、衣指和籽指上均具有較大變異，纖維品質(zhì)性狀也存著較大的變異，且群體中以上各性狀均符合正態(tài)分布。這表明該RIL群體是一個(gè)優(yōu)良的遺傳研究群體，可用于棉花遺傳圖譜構(gòu)建及其棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀QTL定位研究。
　　 (2)以SSR標(biāo)記為主，結(jié)合SRAP和RAPD標(biāo)記技術(shù)，建立了包含388個(gè)分子標(biāo)記、共30個(gè)連鎖群、覆蓋1946.22cM遺傳距離的陸地棉種內(nèi)遺傳圖譜。該圖譜是目前以陸地棉種內(nèi)重組

5、近交系群體為對(duì)象所建立的具有較高密度的棉花分子標(biāo)記遺傳圖譜，其覆蓋了棉花基因組41.55％，標(biāo)記間平均遺傳距離為5.03cM，最小標(biāo)記間距為0，最大標(biāo)記間距為37.53cM。根據(jù)已定位于特定染色體上的SSR標(biāo)記，將所構(gòu)建的30個(gè)連鎖群中的15個(gè)定位于14條染色體上，其中A亞組的7條染色體包含133個(gè)標(biāo)記，覆蓋683.44cM；D亞組的7條染色體中擁有70個(gè)分子標(biāo)記，跨度為373.OOcM。這表明A基因亞組比D基因亞組大或者A基因亞組較D

6、亞組具有更多交換、重組機(jī)會(huì)。通過(guò)與前人的研究比較，研究所構(gòu)建的遺傳圖譜中有11條染色體或連鎖群在棉花基因組中存在不同程度的同源性，證明了棉花的基因組內(nèi)不同染色體間存在一定同源性。
　　 (3)四個(gè)環(huán)境下的棉花產(chǎn)量性狀的聯(lián)合方差分析表明，環(huán)境對(duì)棉花產(chǎn)量具有較大影響。因此，采用四個(gè)環(huán)境下的棉花產(chǎn)量調(diào)查數(shù)據(jù)開展多環(huán)境聯(lián)合QTLs定位將更有意義。在聯(lián)合QTL定位中，共檢測(cè)到與籽棉產(chǎn)量相關(guān)QTLs共33個(gè)，與皮棉產(chǎn)量相關(guān)QTLs共23個(gè)，

7、與衣分有關(guān)QTLs共6個(gè)，與單鈴重有關(guān)QTLs共14個(gè)，與籽指有關(guān)QTLs共20個(gè)，與衣指有關(guān)的QTLs共13個(gè)。其中共有21對(duì)QTLs是通過(guò)上位性效應(yīng)來(lái)影響棉花產(chǎn)量及其相關(guān)性狀，且加加上位性QTLs的總貢獻(xiàn)率較加性QTLs總貢獻(xiàn)率大。這表明上位性效應(yīng)是影響棉花產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的重要因素。在QTLs與環(huán)境互作以及上位性與環(huán)境互作檢測(cè)中，共檢測(cè)到9個(gè)加性QTLs與環(huán)境的互作效應(yīng)達(dá)到了顯著或極顯著水平，另有17對(duì)加加上位性QTLs與環(huán)境的互

8、作效應(yīng)也達(dá)到了顯著或極顯著水平，且互作效應(yīng)的表型貢獻(xiàn)率較大。這表明環(huán)境與QTL互作對(duì)棉花產(chǎn)量及其相關(guān)性狀具有重要影響，因此要培育具有廣泛適應(yīng)性的棉花品種，必須聚合更多QTLs才可能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)所檢測(cè)到的與棉花籽棉產(chǎn)量相關(guān)的單個(gè)QTL的效應(yīng)都較小，且試點(diǎn)環(huán)境差異程度和采用的環(huán)境數(shù)量也會(huì)對(duì)其遺傳效應(yīng)產(chǎn)生影響。可見(jiàn)，僅通過(guò)對(duì)個(gè)別QTLs的選擇，對(duì)于棉花產(chǎn)量性狀的改良效果不明顯，只有實(shí)現(xiàn)大量?jī)?yōu)勢(shì)QTLs的聚合才能獲得較大產(chǎn)量性狀的遺傳增益。

9、>　　 (4)共檢測(cè)到與棉花纖維品質(zhì)性狀相關(guān)的QTLs25個(gè)，其中有l(wèi)O對(duì)QTLs位點(diǎn)的上位性效應(yīng)達(dá)到了顯著或極顯著水平。這些上位性位點(diǎn)涉及到分布于13條染色體或連鎖群中的19個(gè)QTLs，其QTLs數(shù)目與染色體或連鎖群數(shù)目均明顯大于具顯著效應(yīng)的加性QTLs數(shù)目與所涉及的染色體或連鎖群的數(shù)。同時(shí)，所檢測(cè)到的上位性QTLs的累加表型貢獻(xiàn)率也較加性效應(yīng)的累積貢獻(xiàn)率大，而且這些加加上位性所涉及到的QTL多屬于本身加性效應(yīng)未達(dá)到顯著水平的位點(diǎn)。

10、可見(jiàn)上位性效應(yīng)在棉花纖維品質(zhì)性狀的遺傳中具有重要作用，是纖維品質(zhì)性狀QTLs定位中不可或缺的重要組成部分。同時(shí)研究中所檢測(cè)到的與棉花纖維品質(zhì)性狀相關(guān)的單個(gè)QTL的效應(yīng)也都較小?？梢?jiàn)，通過(guò)僅對(duì)個(gè)別 QTLs的選擇，對(duì)于棉花纖維品質(zhì)性狀改良的效果不明顯，而只有實(shí)現(xiàn)大量?jī)?yōu)勢(shì)QTLs的聚合才能獲得較大的棉花纖維品質(zhì)性狀的遺傳增益。與棉花產(chǎn)量性狀相比，與纖維品質(zhì)性狀相關(guān)的QTLs數(shù)目（包括與環(huán)境互作效應(yīng)達(dá)到顯著水平的QTLs以及上位性效應(yīng)達(dá)到顯著

11、水平QTLs）要少得多，這反映出棉花纖維品質(zhì)性狀較產(chǎn)量性狀遺傳機(jī)理可能要簡(jiǎn)單些，這也預(yù)示著棉花纖維品質(zhì)性狀的遺傳改良較產(chǎn)量性狀要容易一些。
　　 (5)研究建立了基于RIL群體的陸地棉永久IF2群體，并對(duì)該IF2群體中各項(xiàng)纖維品質(zhì)性狀在兩個(gè)環(huán)境下進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明該IF2群體各項(xiàng)纖維品質(zhì)性狀的平均值均界于雙親之間或與兩親本品種相應(yīng)性狀的差異不顯著，且各纖維品質(zhì)指標(biāo)的群體平均值與兩親本間雜交所形成的Fi對(duì)應(yīng)值相似或更高，同時(shí)該I

12、F2群體中各項(xiàng)纖維品質(zhì)指標(biāo)均呈現(xiàn)良好的正態(tài)分布。且該IF2群體與原RIL群體的各項(xiàng)纖維品質(zhì)性狀均值間均無(wú)明顯差異，或部分指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差也都非常接近，甚至IF2群體中的個(gè)別指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差還高于RIL群體。
　　 以該IF2群體為對(duì)象，共檢測(cè)到與棉花纖維品質(zhì)性狀相關(guān)的QTLs共30個(gè)，分布于16條染色體或連鎖群。其中與顯性效應(yīng)有關(guān)的QTLs共17個(gè)，涉及15條染色體或連鎖群，其顯性效應(yīng)及其所能解釋的表型變異百分率均較大，也檢測(cè)到了具有顯著