陆地棉与海岛棉、毛棉、达尔文氏棉种间遗传图谱加密及线性关系比较

摘要

棉花是重要的纤维作物，也是世界重要的油料作物和战略资源。棉属有52个棉种，包括45个二倍体棉种分属于8个二倍体基因组和7个异源四倍体棉种。棉花广泛种植于热带和亚热带地区，异源四倍体栽培棉种陆地棉遗传基础狭窄，需要扩大遗传资源进行遗传改良。栽培的海岛棉具有优异的纤维品质；异源四倍体野生种毛棉含有许多特异性状如抗逆等，异源四倍体野生种达尔文氏棉具有纤维细度好、耐干旱及抗枯黄萎病等优点，可用于陆地棉栽培品种的遗传改良。遗传连锁图谱不仅可以研究基因组的结构和变异，还可以进行图位克隆、QTL定位以及分子标记辅助育种等重要作用，在现代棉花分子生物学和遗传改良中具有重要的地位。
　　本研究从棉花基因组学出发，依据雷蒙德氏棉基因组序列开发了genome-SSR引物，在前人的工作基础上，对构建的(陆地棉×海岛棉) BC1、(陆地棉×毛棉) F2、(陆地棉×达尔文氏棉) F2群体SSR遗传连锁图进行加密，并利用连锁图上的共有标记对图谱进行共线性分析，探讨棉花种间遗传连锁图谱的结构，为研究不同棉种的起源、进化与分类、育种遗传改良等奠定基础。主要结果如下：
　　1.基于雷蒙德氏棉基因组的gSSR开发
　　根据已经发表的雷蒙德氏棉基因组序列，成功开发了涵盖雷蒙德氏棉全基因组的genome-SSR标记。本套标记共计12560对引物，命名为SWU，涵盖了所有13条染色体。每条染色体的引物数量平均为966条，其中引物数最少的是13号染色体，为852对；引物最多的是9号染色体，为1323对。所有标记扩增片段TM值均在55-61℃之间，长度在100-200bp之间。其中平均扩增长度最短的是5、9、11号染色体，扩增长度平均为167bp，扩增长度最长的是8号染色体，扩增片段平均为171bp。冗余性检测发现其中217条序列与已经发表的SSR标记具有较高的相似性。
　　2.(陆地棉×海岛棉) BC1群体遗传连锁图谱加密
　　利用新开发SSR引物筛选陆地棉品种中棉所35与海岛棉品种Pima S7之间的多态性，以筛选出来的多态性引物对94个 BC1单株进行群体基因型检测，最后获得1490个新标记位点，将这新筛选到的标记添加到本实验室原来已经完成的（中棉所35×Pima S7）BC1遗传连锁图谱，最终获得了包含3433个位点的高密度陆海种间遗传连锁图谱。图谱总长度4059.3cM，标记间平均距离为1.29cM，定位到At亚组的标记位点共有1275个，其中新增标记385个，At亚组的染色体总长度1958.6cM，平均长度1.59 cM；定位到Dt亚组的标记位点共有2158个，其中新增标记1105个，Dt亚组的染色体总长度2100.7cM，平均长度0.98cM。
　　3.(陆地棉×毛棉) F2群体遗传连锁图谱的加密
　　利用新开发的SSR引物筛选陆地棉中棉所12号与毛棉之间的多态性引物，获得148个新标记位点，将新筛选到的标记添加到本实验室原来已经完成的（中棉所12号×毛棉）F2遗传连锁图谱，经过对所有位点和标记的纠错和整合，最终获得了包含1917个位点的高精度的陆地棉×毛棉种间遗传连锁图谱。图谱总长度3345.4cM，成功定位到26个连锁群上，标记间平均距离为1.80cM，定位到 At亚组的标记位点共有871个，其中新增标记27个，At亚组的染色体总长度1588.7cM，平均长度1.87cM；定位到Dt亚组的标记位点共有1046个，其中新增标记121个，Dt亚组的染色体总长度1756.7cM，平均长度1.68cM。
　　4.(陆地棉×达尔文氏棉) F2群体遗传连锁图谱的加密
　　利用新开发的SSR引物中筛选中棉所12号、达尔文氏棉之间的多态性标记，将筛选出来的多态性引物对188个（中棉所12号×达尔文氏棉）F2单株进行多态性群体检测，最后获得203个新标记位点，将这新筛选到的标记添加到本实验室原来已经完成的中棉所12号×达尔文氏棉F2遗传连锁图谱，经过对所有位点和标记的纠错和整合，最终获得了包含1964个位点的高精度的陆地棉×达尔文氏棉种间遗传连锁图谱。图谱总长度3615.3cM，成功定位到26个连锁群上。该图谱标记间平均距离为1.84cM，定位到At亚组的标记位点共817个，其中新增标记35个，At亚组的染色体总长度1658.9cM，平均长度2.03cM；定位到Dt亚组的标记位点共1147个，其中新增标记168个，Dt亚组的染色体总长度1956.4cM，平均长度1.71cM。
　　5.（陆地棉×海岛棉）BC1群体遗传图谱与陆地棉物理图谱线性关系比较
　　比较（陆地棉×海岛棉）BC1遗传连锁图谱与陆地棉基因组物理图谱线性关系，发现标记在遗传图谱上的顺序与在物理图谱上的顺序基本一致。在Chr.21染色体内部，发现一段遗传图谱与物理图谱倒位现象，呈部分非同线性关系。（陆地棉×海岛棉）遗传图谱At染色体亚组1958.6cM对应到陆地棉物理图谱的1.156Gb基因组大小，Dt染色体亚组2100.7cM对应到物理图谱的0.772Gb基因组大小，（陆地棉×海岛棉）遗传图谱共涵盖了1.928Gb基因组，占陆地棉总染色体大小的83.84％。
　　6.（陆地棉×毛棉）F2遗传图谱与陆地棉物理图谱线性关系比较
　　通过对（陆地棉×毛棉）F2群体遗传连锁图谱与陆地棉基因组物理图谱线性关系比较，发现遗传图谱与物理图谱在染色体分布上均呈现共线性关系；在Chr.08和Chr.18染色体内部，发现两段遗传图谱与物理图谱位置倒位现象，呈部分非同线性关系。陆地棉×毛棉遗传图谱At染色体亚组的遗传图谱1588.7cM对应到陆地棉物理图谱的1.111Gb基因组大小，Dt染色体亚组1756.7cM对应到物理图谱的0.750Gb基因组大小，陆地棉×毛棉遗传图谱共涵盖了1.861Gb基因组，占陆地棉总基因组染色体大小的80.93%。
　　7（陆地棉×达尔文氏棉）F2群体遗传图谱与陆地棉物理图谱线性关系比较
　　通过对陆地棉×达尔文氏棉遗传连锁图谱与陆地棉基因组物理图谱线性关系比较，发现标记在遗传图谱与物理图谱上的分布基本一致；在个别染色体内部，有个别标记的遗传图谱与物理图谱倒位（Chr.01、Chr.08、Chr.16）和易位（Chr.20、Chr.23）现象，呈部分非同线性关系。（陆地棉×达尔文氏棉）遗传图谱At染色体亚组1658.9cM对应到陆地棉物理图谱的1.091Gb基因组大小，Dt染色体亚组1956.4cM对应到物理图谱的0.757Gb基因组大小，陆地棉×达尔文氏棉遗传图谱共涵盖了1.847Gb基因组，占总基因组染色体大小的80.32%。
　　8.（陆地棉×达尔文氏棉）与（陆地棉×毛棉）F2群体遗传图谱线性关系比较
　　通过对（陆地棉×毛棉）和（陆地棉×达尔文氏棉）两个遗传连锁图共有的SSR标记线性关系比较分析，发现两个遗传连锁图上的多数标记呈现共线性，但是在部分染色体的部分区域，出现部分非同线性关系，包括7个倒位（Chr.02、Chr.05、Chr.08、Chr.12、Chr.14、Chr.16、Chr.25染色体）和3个简单易位（Chr.5、Chr.14、Chr.26染色体）。线性关系分析表明，棉属不同染色体之间的片段代换（Chr.02与Chr.03、Chr.04与Chr.05）可能均发生在异源四倍体形成之前。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1棉属的分类与地理分布

1.2棉属的利用

1.3 棉花遗传连锁图谱

1.4 棉花基因组及genome-SSR

1.5 四倍体棉种的进化关系研究

1.6研究目的与意义

第二章 雷蒙德氏棉gSSR标记的开发

2.1 引言

2.2材料与方法

2.3结果及分析

2.4讨论

2.5结论

第三章 陆地棉与海岛棉、毛棉及达尔文氏棉种间遗传图谱加密

3.1引言

3.2材料与方法

3.3 结果与分析

3.4讨论

3.5结论

第四章 不同种间遗传图谱与陆地棉物理图谱线性关系分析

4.1引言

4.2材料方法

4.3结果与分析

4.4讨论

4.5结论

参考文献

已发表论文

致谢