陆地棉和海岛棉全基因组分子标记开发和评价

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棉花是世界上重要的经济作物之一,不仅是天然纺织纤维的主要来源,也是主要的食用油来源。有四个栽培种,包括二倍体亚洲棉和非洲棉,四倍体陆地棉和海岛棉。陆地棉产量高、适应性强,在生产上种植面积最为广泛;海岛棉纤维品质好、抗病性强,是生产高档或特殊棉纺织品的首选原料,也是陆地棉相关性状改良的重要供体种。基于全基因组信息开发分子标记,利用分子标记技术开展棉花品种鉴定、遗传多样性分析及重要性状关联研究,辅助棉花育种实践和品种改良,具有重要科学和生产意义。本研究分别基于不同资源材料的重测序数据和芯片技术,全基因组开展SSR、InDel和SNP标记发掘,利用这些标记信息分别对陆地棉和海岛棉材料进行遗传多样性研究和品种鉴定分析,研究结果为棉花种质资源鉴定和遗传多样性分析提供理论基础和标记资源。主要研究结果如下:1.基于Wang等释放的陆地棉TM-1基因组信息(Wangetal,2018),使用MISA软件对TM-1测序数据进行SSR信息分析,共获得695,235个SSR位点,平均每3.38 Kb会出现一个SSR,其中四核苷酸重复最多。用10个不同来源陆地棉材料的重测序数据,以TM-1为参考基因组检测到2,361,956个InDel位点,平均每条染色体上有90,844个,其中A亚组平均每100 kb有101个,D基因组每100 kb有113个,结合TM-1基因组的注释信息发现2,171,266个InDel(92%)位于基因间区。2.选择在10个不同来源陆地棉材料间存在多态的InDel位点,共有324,691个。与基因组SSR位置进行比较,发现10,325个InDel位点和SSR位点重叠,定义为多态性SSR位点(PSSR),剩余的314,366个InDel位点,进一步定义为PInDel。这些多态性位点主要分布在染色体臂端,最大变异染色区间在D01染色体上的2,400,001到2,500,000 bp区间。通过批量设计引物,分别开发了 7,935 PSSR和287,646 PInDel的位点检测引物。通过e-PCR矫正,获得基因组上具有唯一扩增位点的PSSR引物3,253对,PInDel引物110,585对。分别挑选106对PInDel和101对PSSR引物,基于聚丙烯酰胺凝胶电泳利用32个不同来源的陆地棉材料,检测标记的多态性,得到PlnDel多态率86%和PSSR多态率为78%。3.基于CottonSNP80K芯片对282份不同来源的海岛棉品种/材料进行基因组SNP分型研究,以选择高效鉴别海岛棉材料的核心位点组合。按照检出率大于95%、具多态性、最小等位频率(MAF)大于0.01、杂合率小于0.05、无冗余位点等条件筛选,最终获得2594个高质量核心SNP位点。对核心位点设置不同数目梯度筛选,随着位点个数的增多,位点组合对海岛棉材料的识别率逐渐增加。当位点数为200时,识别率为89%;位点数提高到1500时,识别率可达99%。进一步增加位点数,识别率无显著变化。利用这1500个SNP位点检测供试材料,其平均MAF值0.14,平均杂合率0.007,平均多态信息含量0.21。SNP位点的聚丙烯凝胶电泳验证进一步表明SNP-PCR与芯片分型结果一致性达98.3%。本研究提供了适于海岛棉指纹图谱构建的一套核心SNP位点组合,可用于海岛棉遗传多样性分析和品种身份鉴定。
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