棉花优异纤维重组自交系纤维品质性状的QTL定位

摘要

纤维品质是棉花育种改良的重要目标性状，由于纤维品质很容易受到环境的影响，从而使育种选择变得非常复杂。分子标记是DNA水平上与性状关联的标记，直接反映了DNA水平上的差异，利用分子标记辅助选择避免了常规育种依赖表型选择的盲目性，提高育种选择的效率，因此分子标记辅助选择在品种选育过程中具有重要作用。作物重要农艺性状的QTL定位，是作物遗传育种研究的热点之一。在水稻、番茄、玉米等作物上定位了很多重要的性状。随着分子标记技术的发展与完善，棉花遗传图谱的构建以及棉花重要农艺性状的QTL定位研究已经取得了很大进展，其中纤维品质QTL定位是研究的热点之一。本研究以优异纤维种质鲁原343为父本，高产种质鲁棉研22为母本构建重组自交系群体，分析优异纤维种质系的品质性状的遗传特性，利用简化基因组测序构建高密度遗传图谱，对纤维品质以及产量性状进行QTL定位，获得与纤维品质和产量性状紧密连锁的 QTL，为进一步精细定位和图位克隆相关功能基因奠定基础。主要研究结果如下：
　　1.在优异纤维种质系构建的群体中，纤维长度、强力、细度的遗传效应较高，均在30％以上。其中纤维长度的遗传效应最高（52.04%），纤维长度主要受遗传因素控制，可以通过遗传选择进行改良；其次是纤维强力和细度，且环境对这2个性状的影响也较大，强力和细度在遗传选择过程中要考虑环境的影响；纤维伸长率的遗传效应值最低（5.08%），但环境效应值最高（71.82%），说明伸长率最容易受环境影响，遗传选择改良的效率较低。产量性状中，衣分的遗传效应较高（48.48%），且环境效应值较低（5.04%），衣分性状利用遗传改良的效果较好；铃重的遗传效应为26.48%，环境效应为33.04%，铃重性状是遗传和环境共同作用的结果。纤维品质和产量性状的遗传效应主要为加性遗传。
　　2.利用282个重组自交系群体，比较了2个主要产棉区品质性状的表型变异，发现产自长江流域的纤维长度变短，强力变强，纤维变粗。QTL分析结果显示，一共检测到27个QTLs,6个稳定的QTLs，解释的表型变异在5.09%–23.17%之间，其中3个为纤维长度（qFL03.1，qFL07.1，和 qFL25.1），1个纤维强力（qFS07.1）和2个纤维细度（qFM07.1和qFM16.1）。另外，qFL16.1在黄河流域的2个试验点2年的数据集中均能检测到，3个QTLs（qFL19.1，qFS03.1和qFM19.1）在长江流域的溧水试验点两年的数据集中均能检测到，这些环境特异的QTLs可能贡献了环境适应性。鉴定了9个QTLs与环境互作显著，其中8个在长江流域的溧水试验点检测到。此外，检测到23个铃重和衣分QTLs，其中4个稳定的QTLs。该结果对在不同棉花产区的标记辅助育种具有一定意义。
　　3.利用简化基因组测序，共获得623.61M的reads，Q30测序平均为80.40%，平均GC含量为38.12%。经过生物信息学分析，共开发432,870个SLAF标签， SLAF标签亲本平均测序深度为37.4x，子代平均测序深度为6.08x。在开发得到的432,870个SLAF标签中，多态性SLAF标签共有25,280个，多态性比例达到5.84%。
　　4.筛选出多态性SLAF标签3,749个，通过与棉花TM-1参考基因组定位， SLAF标签被分为26个连锁群，整合前期鉴定的366个多态性SSR标记，计算两两标签之间MLOD值，共上图3,755个，其中3556个SLAF标签，199个SSR标记，上图率为94.47%。构建的高密度连锁图谱，总图距3,426.57cM，平均图距1.50 cM。
　　5.基于构建的高密度遗传图谱，利用WinQTLCart2.5对纤维品质和产量性状进行了QTL定位。8个性状共检测到104个QTLs，67个QTLs与纤维品质相关，37个QTLs与产量性状相关。鉴定的QTLs中，24个QTLs能在3个及以上的环境中检测到，其中15个与纤维品质相关，9个与产量相关。纤维品质性状相关的稳定QTLs中，分布于A亚组的QTLs多于D亚组；产量性状相关的稳定的QTLs主要分布于D亚组。另外，本研究鉴定了19个QTL簇，分布于12条染色体上。其中12个 QTL簇既与品质性状相关，又与产量性状相关，5个QTL簇只与纤维品质性状相关，2个QTL簇只与产量性状相关；鉴定的QTL簇中，18个QTL簇包含至少有1个稳定的QTL。本研究鉴定的这些QTL簇是控制纤维品质和产量性状的重要染色体区域，为下一步精细定位与品质和产量相关的基因奠定了基础。

目录

声明

缩略词表

第一部分 文献综述

第一章 棉属的起源与进化

1 棉属分类学

2 四倍体棉种的起源与演化

3 棉属植物原产地及引进时间

4 棉花的用途及在国民经济中的地位

第二章 棉花纤维品质性状的QTL定位研究进展

1棉花遗传图谱构建

2 棉花纤维品质性状QTL定位与分子育种进展

3本研究的目的与意义

第二部分 研究报告

第三章 棉花优异纤维导入系纤维品质性状的遗传分析

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

第四章 不同生态棉区棉花纤维品质性状变异与QTL定位

1材料与方法

2结果与分析

3讨论

第五章 基于SNP标记构建高密度遗传图谱及棉花重要经济性状的QTL定位

1材料与方法

2结果与分析

3 讨论

全文结论

参考文献

攻读博士期间发表文章

致谢