棉花分子标记遗传连锁图构建和产量、纤维品质相关性状定位

摘要

棉花是世界上重要的经济作物，棉花纤维是纺织工业的重要原料，在国民经济中占有重要的战略地位。在棉花工作者的不断努力下，棉花产量大幅度提高，其它性状如品质、抗病性、抗虫性也得到了很大的改善。然而，随着纺织工业的飞速发展，棉花品种改良的速度落后于纺织技术的发展，尤其是纤维品质的提高远不能满足纺织工业的技术要求。培育高产、优质的棉花品种是当务之急，但是，由于产量与纤维品质性状呈负相关，传统育种很难同时对产量与纤维品质性状进行改良。分子标记的出现以及分子数量遗传学的兴起，可以将数量性状分解成单个孟德尔因子进行详细剖析，从而更加细致地了解数量性状的遗传规律，将优良性状进行有目的地组合。本研究在构建分子遗传连锁图的基础上，对产量、品质性状进行QTL分析，所得结果如下： 1.SRAP分子标记在棉花遗传研究中的应用SRAP(Sequence-relatedAmplifiedPolymorphism)是一种新型的基于PCR的标记系统，通过独特的引物设计对ORFs(openreadingframes)进行扩增。该标记具有简便、稳定、中等产率、可产生共显性标记、便于克隆测序目标片段的特点。自创立以来，SRAP标记已被应用于图谱构建、比较基因组学、遗传多样性分析和基因定位的研究。 本研究将SRAP标记应用于棉花的遗传研究，并建立了完整的PCR反应体系，此体系稳定可靠、扩增效果好、可重复性强。 用SRAP对Pima90和邯郸208进行多态性筛选，结果表明SRAP标记在两个亲本之间表现出很强的多态性，每个引物组合可产生50个左右清晰可辨的条带。选取多态性好的76个引物组合进行群体分析，共得到285条多态性条带，每组合的多态性条带数从1～13不等。平均每个引物组合产生3.75个多态性条带。对得到的285个多态性标记进行连锁分析，构建遗传连锁图。237个标记进入39个连锁群(LOD≥3.0)，48个独立，总长3030.7cM，覆盖整个基因组的65.4％。每个连锁群有2～13个标记，最长的连锁群为227.4cM，最短的连锁群为5cM。标记间最大间距为42.8cM，最小间距为0.2cM，标记间平均间距12.79cM。标记在整个连锁群中分布比较均匀，没有标记聚集在一起的现象。这是首张用SRAP标记构建的棉花分子遗传连锁图谱。 使用238个SRAP引物组合对冀棉5号和DH962进行多态性筛选，有37个引物(15.55％)对在两个亲本之间表现多态性。共得到48个位点，平均每个引物组合产生1.30个位点，单个引物组合最多产生3个位点。SRAP标记的多态性比率比SSR和RAPD高。 以上研究结果表明，SRAP标记可在棉花分子生物学领域中广泛应用。 2.海岛棉、陆地棉种间遗传连锁图的构建以及纤维品质性状的分子定位陆地棉和海岛棉是两个主要的异源四倍体栽培种，分别贡献了棉花世界产量的90％和5％左右。陆地棉的特点是产量高，纤维品质性状表现一般；海岛棉则纤维品质优良，而产量较低，通过对二者杂交后代的选择，可能得到产量高、品质优良的个体。为了更好地了解棉花纤维品质性状的遗传规律，应用SRAP，SSR和RAPD三种标记构建四倍体栽培棉花的分子遗传连锁图，作图群体为邯郸208×pima90杂交产生的69个F2单株。用368对SSR引物，600条RAPD引物和238个引物组合对两亲本进行多态性筛选，126对SSR引物(34.2％)，62条RAPD引物(10.3％)各自产生205和107条清晰可辨的多态性条带。在238个SRAP引物组合中，挑选121个(50.8％)多态性较好的引物组合对F2群体进行分析，共产生437个多态性位点，每个引物组合产生1～13个多态性位点，平均每个组合产生3.61个多态性位点。对749个位点进行连锁分析，566位点进入41个连锁群(LOD≥3.0)，每个连锁群有3～34个标记，总长5141.cM，标记平均间距为9.08cM。通过已定位的SSR位点，28个连锁群分配到相应的染色体上。对所有位点进行x2测验以检验其分离情况，135个位点(18.0％)表现为偏分离(P≤0.01)，即70个SSR位点(31.4％)、17个RAPD位点(15.9％)和48个SRAP位点(11％)偏分离。104个位点(77％)偏向母本“邯郸208”，17个(12.6％)偏向父本“Pima90”，14(10.4％)偏向杂合子。102个偏分离标记进入连锁图，分布在34个连锁群上，并倾向于聚集在连锁群末端。用此连锁图对棉花纤维性状进行QTL分析，应用复合区间作图法共检测到13个与纤维相关性状的QTLs(LOD≥3.0)，分布在9个连锁群上，解析16.18％～28.92％的表型变异。13个QTLs中，6个定位在纤维供体的A亚组，6个位于不产生可纺织纤维的D亚组，1个位于LG12上。10个QTLs(76.9)与SRAP标记相连锁，显示出SRAP标记在QTL定位中的优势。连锁群LG1检测到4个QTL，一个与长度相关，三个与马克隆值相关。与m7e11-360相邻的QTL(LG1)同时影响纤维长度和马与克隆值。 3.陆地棉种内遗传连锁图的构建及产量、纤维相关性状的QTL定位由于育种中应用的多是种内的多样性，构建与目标性状相关联的连锁图可以有效地提高育种效率。以冀棉5号为父本，DH962为母本，构建陆地棉种内F2分离群体。DH962是瑟伯氏棉(G.thurberi)的高代导入系，其突出表现为纤维品质优良。通过构建陆地棉种内的遗传连锁图对棉花产量、纤维性状进行QTL定位。 用600条RAPD引物，929对SSR引物及238个SRAP引物组合进行双亲间多态性引物的筛选。15条RAPD引物(2.5％)，91对SSR引物(6.25％)和37个SRAP引物组合(15.55％)在两亲本之间表现多态性。将这143个多态性引物检测F2群体，共得到156个多态性位点，包括17个RAPD位点、91个SSR位点和48个SRAP位点。每个SRAP引物组合平均产生1.30个位点，单个引物组合最多产生了3个位点。 对156个位点进行连锁分析，构建连锁群。139个位点包括79个SSR位点，15个RAPD位点及45个SRAP位点进入32个连锁群(LOD≥3.0)，每个连锁群包含2～14个标记。每个连锁群长度在1.1～90.8cM之间，平均长度为31.83cM，总长1018.5cM，大约覆盖棉花基因组的21.86％，标记间平均间距为7.33cM。 在156个位点中，10个位点(6.41％)出现偏分离现象，包括7个SSR标记(7.69％)和3个SRAP标记(6.25％)，RAPD标记未出现偏分离。10个偏分离的标记中，7个为显性标记，3个为共显性标记；5个标记偏向冀棉5号，3个标记偏向DH962，2个标记表现为杂合子偏多。表现为杂合子类型偏多的两个标记中，BNL3874中DH962类型偏少，而CIR246中冀棉5号类型偏少。除BNL3932外，其余9个标记分散在7个连锁群上，LG30的两个标记都偏分离，LG7的两个偏分离标记位于连锁群的末端。 应用复合区间作图法共检测到14个与产量相关性状的QTLs(LOD≥2.5)，分布在10个连锁群上，解析7.35％～43.78％的表型变异。14个QTLs中，4个定位在A亚组，5个位于D亚组，5个位于未分配到染色体的3个连锁群上。共检测到8个与纤维品质相关性状的QTLs(LOD≥2.5)，分布在5个连锁群上，解析8.14％～30.05％的表型变异。8个QTLs中，2个定位在A亚组，3个位于D亚组，4个位于未分配到染色体的2个连锁群上。 对进入连锁群的其它标记和未进入连锁群的标记进行单因子方差分析，发掘可能的候选标记。检测到单株铃数的标记1个，单铃籽指重的标记2个，单铃皮棉重的标记2个，籽指的标记2个，衣分的标记1个，衣指的标记2个。纤维性状中，长度有4个标记，整齐度有1个标记，强度有3个标记，伸长率有1个标记，马克隆值有2个标记。 相关分析表明，性状之间存在很大的相关性，因而，相关的性状可能由相同的QTLs/标记控制。在LG1、LG6、LG17、和LG18上检测到相同的QTLs，其中LG1、LG17、和LG18上的QTLs共同控制单株籽棉重和单株皮棉重。LG6上的QTLs共同控制强度和马克隆值。单因子方差分析也揭示了一些与多个性状相关联的标记。MGHES-75与单株籽棉重、单株皮棉重、衣指、马克隆值都相关联。BNL3875同时与单株铃数和强度相关联。Me5Em1-900与单株籽棉重、籽指和整齐度相关联。BNL3932与长度和强度相关联。Me8Em13-380与伸长率和马克隆值相关联。

目录

第一章 SRAP分子标记在棉花遗传研究中的应用

1.文献综述

1.1 DNA分子标记

1.2棉花研究中应用的分子标记

1.3研究的目的和内容

2.SRAP标记在棉花遗传研究中的应用

2.1材料和方法

2.2结果

3.讨论

第二章海岛棉、陆地棉种间遗传连锁图的构建以及纤维品质性状的分子定位

1.文献综述

1.1植物QTL研究体系

1.2四倍体棉花基因组的特点

1.3海岛棉、陆地棉种间遗传连锁图构建进展

1.4基于棉花海岛棉、陆地棉种间群体的分子标记定位

1.5本研究的内容和意义

2.海岛棉、陆地棉种间遗传连锁图的构建以及纤维品质性状的分子定位

2.1材料与方法

2.2结果与分析

3.讨论

3.1统计软件运行环境

3.2两种银染方法的选择

3.3作图群体

3.4 SRAP标记的优势

3.5遗传连锁图

3.6分子标记的偏分离

3.7纤维性状相关的QTLs

3.8 QTL的应用

第三章陆地棉种内遗传连锁图的构建及产量、纤维相关性状的QTL定位

1.文献综述

1.1陆地棉种内遗传连锁图构建研究进展

1.2基于陆地棉种内群体的相关性状定位

1.3本研究的内容和意义

2.陆地棉种内遗传连锁图的构建及产量、纤维相关性状的QTL定位

2.1材料与方法

2.2结果与分析

3.讨论

3.1试验材料

3.2陆地棉种内群体的多态性

3.3遗传连锁图

3.4分子标记的偏分离

3.5棉花产量、纤维性状相关的QTL/标记

3.6 QTL的应用

参考文献

致谢

附录1棉花DNA的抽提(CTAB法)

附录2分子标记反应体系

附录3聚丙烯酰胺凝胶电泳

个人发表论文