陆地棉种内遗传图谱构建及纤维相关QTL鉴定

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棉花是重要经济作物,在许多国家的国民经济中发挥着重要作用。棉纤维是纺织业主要材料来源,也是决定棉花经济价值的重要部分。全球人口基数的增大和人们生活水平的提高对纤维产量和品质提出了更高的要求。因此选育出高产、优质的棉花新品种成为棉花育种学家当前至关重要的任务。但棉花的纤维品质是受多个等位基因控制的复杂数量性状,极易受环境影响,并且纤维品质与产量之间存在一定的负相关关系。因此,利用传统的育种方法培育高产优质棉花进展缓慢。随着生物学技术的进步,分子标记辅助选择育种被逐渐应用于棉花的育种研究,这为改良棉花的纤维品质和产量提供了新的解决方案。
  遗传图谱构建和QTL有利等位基因鉴定是分子标记辅助选择育种的两个主要组成部分。随着生物学技术和测序技术的进步,用于构建遗传图谱的分子标记逐渐从传统的分子标记(如SSR标记)向SNP标记和InDel标记转变。以SNP标记构建的遗传图谱,普遍具有高密度的特征,能够有效应用于分子标记辅助选择育种。而以简化基因组测序技术(SLAF-seq)获取SNP标记是目前应用最广泛的方法。基于一张高密度遗传连锁图谱,在多环境和多世代下鉴定棉花的纤维相关QTL,能够为棉花的纤维品质改良和产量提升奠定基础。
  本研究以两个陆地棉品种(M11和Yumian1)为亲本,构建了重组自交系群体。根据SLAF-seqSNP和SSR标记,构建了陆地棉种内高密度遗传连锁图谱,并进行了纤维相关性状QTL鉴定。主要研究结果如下:
  1.陆地棉种内遗传连锁图谱的构建
  高密度遗传连锁图谱共包括7211个标记位点,这些位点分布于棉花基因组的26条染色体上。遗传图谱的总长度为3485.7cM,相邻标记之间的平均距离为0.51cM。A亚组共包含4369个位点,总长度为1830.2cM,相邻标记之间的平均距离为0.42cM。其中,A13染色体位点数量最多,共707个;A11染色体上位点数量最少,仅114个。D亚组共包含2842个位点,总长度为1655.5cM,相邻标记之间的平均距离为0.6cM。在D亚基因组中,含有最大数目和最小数目位点的染色体分别是D10和D08染色体,位点数分别为425和116个。
  2.遗传图谱的物理长度
  在本研究中,SNP标记的物理位置由测序数据获得,SSR标记的物理位置基于引物序列在陆地棉参考基因组的Blast结果获得。在全部26条染色体上,这些标记总共覆盖的物理长度为1934.8Mb,其中每条染色体的长度在46.7Mb与103.6Mb之间。
  3.纤维相关QTL定位
  本研究共在四个环境中统计了包括纤维长度、纤维比强度、纤维马克隆值、纤维整齐度、纤维伸长率、衣分在内的六个性状,共检测到47个纤维相关QTL。这些QTL的LOD值在2.0与4.4之间,解释表型变异率为10.1%-21.1%。除A06、D02、D06、D07、D13染色体外,其他染色体上均存在不同数目的QTL。此外,有两个衣分QTL(qLP-D03-1,qLP-D09-1)在三个环境中被检测到,两个纤维长度QTL(qFL-A07-2,qFL-D11-1)以及两个纤维马克隆值QTL(qFM-A08-1, qFM-D11-1)在两个环境中均被检测到,这些QTL被认为是稳定的QTL。
  4.QTL簇分析
  本研究共鉴定到4个QTL簇,分别位于染色体A05、A10、D09和D11。这些QTL簇中均包含三个QTL。其中,Cluster-D09中包含环境稳定的衣分QTLqLP-D09-1,Cluster-D11中包含稳定的马克隆值QTLqFM-D11-1。
  5.QTL与环境互作分析
  本研究共鉴定到13个环境互作QEI,其中包括1个衣分QEI以及12个纤维品质QEI。除QEI-FS-A03-2的表型变异大部分受环境效应影响外,其他QEI的表型变异都主要受平均加性效应的影响。此外,QEI-FM-A08-1与qFM-A08-1位于同一个置信区间,且在两种检测方法中都被认为是环境稳定型QTL,将为进一步研究纤维马克隆值奠定基础。
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