【摘 要】
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新疆维吾尔自治区是我国最大的棉花生产基地,其棉花产业在我国棉花生产中占有重要地位。然而,该地区基础种质与现代品种间的亲缘关系,携带优异农艺性状的基因组片段受到的人工选择以及在品种改良过程中发生的遗传变异均不清楚。利用全基因组重测序技术,研究新疆陆地棉现代品种在育种过程中受到人工选择的区域,分析该区域中的重要候选基因;并从基因组水平上分析新疆现代陆地棉品种与其基础种质之间的同源一致性（IBD）片段,
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新疆维吾尔自治区是我国最大的棉花生产基地,其棉花产业在我国棉花生产中占有重要地位。然而,该地区基础种质与现代品种间的亲缘关系,携带优异农艺性状的基因组片段受到的人工选择以及在品种改良过程中发生的遗传变异均不清楚。利用全基因组重测序技术,研究新疆陆地棉现代品种在育种过程中受到人工选择的区域,分析该区域中的重要候选基因;并从基因组水平上分析新疆现代陆地棉品种与其基础种质之间的同源一致性（IBD）片段,挖掘与产量、纤维品质相关的候选基因,对棉花品种的育种工作和产量品质的改良提升具有重要指导意义。本研究选取引种自前苏联的4个基础种质（C1470,611Б,KK1543,108Φ）和对我国棉花品种改良具有重要作用的3个主要品种（岱字棉15:DPL15;斯字棉2B:STV2B;乌干达棉:UGDM）作为基础种质材料,从新疆主栽陆地棉现代品种中选取69份典型现代品种材料,构建陆地棉自然群体。首先对基础种质到现代品种的产量和品质性状进行比较分析,然后对7份基础种质和69份现代品种进行全基因组重测序,检测SNP变异位点信息。研究该群体间的亲缘关系及其遗传多样性,研究基础种质到现代品种改良过程中基因组受到的人工选择;最后从基因组水平上分析新疆棉区现代陆地棉品种与基础种质之间的IBD片段,研究基础种质与现代品种间的继承片段,挖掘其中的重要候选基因。本研究的主要结果如下:从7个基础品种到69个现代品种,新疆棉区陆地棉品种不断得到进步改良,产量及纤维品质得到明显提升,其中衣分性状得到的提升最大,从37%左右提升至40%以上,说明衣分性状是育种工作者在棉花选育过程中的首要目标之一。全基因组重测序分析共得到约1.8Tb的测序数据,鉴定得到2 395 681个SNP变异信息。其中45 511个SNP位于基因的编码区域,28 654个SNP造成非同义突变,174个SNP造成终止缺失,605个SNP造成提前终止。综合系统发育树,群体结构以及主成分分析的结果,发现76份陆地棉材料可以划分为两个类群,第一类群包括DPL15,STV2B,UGDM,611Б等4个基础品种和40个现代品种,第二类群包括KK1543,108Φ,C1470等3个基础品种和29个现代品种,说明新疆陆地棉现代品种不仅与前苏联的品种亲缘关系较近,还与美棉及乌干达棉的关系密切。遗传多样性分析显示,陆地棉基础品种和现代品种间的遗传分化指数为0.0271,基础品种的核苷酸多样性指数（8.91E-05）高于现代品种（8.04E-05）。鉴定得到156个人工选择的重点区域,共覆盖23.86 Mb的陆地棉基因组。在这些候选区域中存在318个候选基因,这些候选基因不仅在调控棉花纤维发育方面发挥作用,还与棉花逆境胁迫响应密切相关。对其中31个含有非同义突变SNP的基因进行重点分析,发现在A13染色体的3.8Mb至4.0Mb的人工选择区间内,存在两个候选基因GhAATF1和GhmTERF1,可能与棉花的衣分性状密切相关。通过计算现代品种与基础品种之间的IBD对应关系,共得到10 385个IBD片段,其中5 705个IBD片段仅来自于前苏联品种,3 639个IBD片段仅来自于美国或非洲乌干达品种,另有1 041个IBD片段来自于两个及以上的基础品种。计算IBD片段在基因组上的覆盖百分比均值,发现其均值从大到小依次为C1470（6.851%）、108Φ（6.847%）、KK1543（6.719%）、DPL15（6.080%）、UGDM（5.969%）、STV2B（5.583%）以及611Б（4.887%）。来自于前苏联的四个基础品种均值的总和（25.31%）大于来自于美国及乌干达的三个基础品种均值的总和（17.63%）,说明前苏联品种在新疆陆地棉改良过程中发挥主要作用,该结果与新疆棉花的育种历史相一致,即育种家们在二十世纪五十年代通过引进前苏联优异品种以提高新疆棉花的适应性和丰产性。此外,检测发现192个IBD片段受到显著人工选择,其中93个基因中存在非同义突变,提前终止或终止缺失的SNP变异,部分基因与棉花纤维发育及逆境胁迫响应密切相关。特别是基因GhARF3,位于新陆早13号A10染色体上2 403 609至2 951829间继承自108 Φ的IBD片段,又同时位于新陆早35号A10染色体上1 198 185至2 888 834间继承自611 Б的IBD片段内,其不同单倍型与纤维长度和纤维强度密切相关。这些结果将为提升棉花品种改良的人工选择提供参考,为棉花及其他作物的育种研究奠定理论基础。
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