陆地棉SSR标记遗传多样性及其与农艺性状的关联分析

分析陆地棉栽培种遗传多样性,通过关联分析寻找与棉花农艺性状相关联的分子标记,为分子标记辅助选择育种和提高棉花育种效率奠定基础。本文采用74个Simple sequence repeat(SSR)标记对172份陆地棉栽培种的基因组变异进行扫描,使用NTSYS-pc 2.20进行聚类,分析该群体遗传多样性;利用Structure 2.3.4软件分析群体结构,在此基础上结合田间表型数据,采用Tassel 2.1的一般线性模型(General linear model,GLM)进行关联分析,定位与农艺性状相关的QTLs。74个标记共检测到148个多态性位点,涉及246个等位变异,变异范围2~7个,平均等位变异数为3.32;引物的多态性信息含量(PIC)为0.0281~0.3733,平均值为0.2370;遗传相似系数变异在0.2816~1,平均值为0.5369,平均遗传相似系数为0.5369,表明我国陆地棉遗传基础狭窄,尽管国外及西北内陆棉区部分材料具有较丰富的遗传变异。聚类分析将该群体划分为12个亚群,不同棉区的材料交叉分布,且聚类结果基本与系谱吻合。群体结构分析却将172份供试材料划分为3个亚群;通过关联分析,发现30个位点与铃重、衣分、黄萎病抗性显著相关(P0.05),各位点对表型变异贡献率为2.24%~5.27%。     

SSR标记与陆地棉田间黄萎病抗性的关联分析

通过关联分析挖掘与陆地棉黄萎病抗性关联的分子标记,为陆地棉抗黄萎病性状的分子检测及标记辅助选择育种提供有益参考。选用在棉花基因组上均匀分布多态性较好的237个SSR标记对214份陆地棉材料的基因组变异进行了扫描,并使用Power Marker v3. 25分析群体的遗传多样性,Structure 2. 2分析群体结构,在此基础上结合3年黄萎病抗性鉴定数据,采用Tassel 2. 1中的GLM(Q)方法挖掘与黄萎病抗性相关的QTLs。结果表明,不同陆地棉材料黄萎病发病情况差异显著; 237个标记共检测到280个多态性位点,共计695个等位变异,变异范围2～6个,平均等位变异数2. 479 0;按照基因型数据可将该群体划分为2个亚群;通过关联分析,在不同年份中发掘与黄萎病抗性显著关联(P 0. 01)的SSR位点27个,其中有2个位点(BNL3442和BNL1064)在3年均被重复检测到,表型变异解释率最高分别为12. 10%和8. 02%。这些在不同年份中稳定存在的SSR标记位点有可能与抗病基因紧密连锁,有望用于棉花黄萎病抗性材料筛选和抗病基因挖掘。     

新疆陆地棉经济性状优异等位基因位点的遗传解析

【目的】基于SSR(Simple sequence repeat,简单序列)标记展开对陆地棉经济性状的关联分析,挖掘优异等位变异位点,解析新疆陆地棉经济性状的遗传基础,为新疆陆地棉的遗传机理研究和高效的陆地棉分子设计育种提供理论依据。【方法】利用筛选出覆盖棉花全基因组的73对SSR标记对新疆156份陆地棉品种进行多态性扫描;采用R语言绘制boxplot图,利用TASSEL软件进行关联分析,挖掘与产量、纤维品质性状相关联的优异等位变异位点。【结果】通过对6个环境下新疆陆地棉品种的产量、品质相关性状进行关联分析,获得与产量性状相关的等位变异位点10个,表型变异解释率为6.69%～9.88%,平均值为8.43%;与纤维品质性状相关的等位变异位点23个,表型变异解释率为3.73%～13.22%,平均值为7.52%。其中22个QTL(Quantitative trait locus)已被报道,有10个QTL的关联性状与前人研究一致。【结论】新疆陆地棉品种的群体遗传结构简单,连锁不平衡水平低,6个环境条件下表型性状变化趋势较稳定。基于SSR的关联分析,发掘了与产量和纤维品质相关的优异等位变异基因及聚合优异等位基因位点的典型材料。     

三个栽培种中天然彩色棉的遗传多样性及关联分析

本研究利用主要农艺性状和SSR标记分析了137份陆地棉、13份海岛棉以及27份亚洲棉等不同纤维色泽的种质资源。170对SSR引物共检测到1036个等位基因变异。其中有多态性的等位基因923个,平均每个SSR位点有5.43个等位变异,变化范围为1~10。位点多态性信息量(PIC)的变化范围为0.56~0.93,PIC在0.85以上的多态性SSR位点为122个。结果表明,实验材料存在着丰富的遗传多样性。在群体结构分析基础上,使用TASSEL软件中的混合线性模型(MLM),在陆地棉中得到与11个性状相关联的SSR标记23个;在海岛棉群体得到与5个性状关联的17个标记;在亚洲棉中检测到与8个性状关联的15个标记位点。在三个栽培种中与纤维色泽度相关的标记位点一共有6个,分别是CIR51-4、BNL1421-2、BNL2656-2、DPL570-2、GH268-6和TMB131-1,表型变异解释率从3.12%到18.97%。三个栽培种中天然彩色棉种质具有丰富的遗传多样性,为棉花的种间、种内杂交育种以及拓宽棉花新品种的遗传背景提供了物质基础和理论依据。     

陆地棉产量及农艺性状的SSR标记关联分析

【目的】挖掘与陆地棉产量和重要农艺性状密切关联的分子标记,为棉花分子标记辅助育种提供依据。【方法】本研究以147份陆地棉材料为供试群体,分别调查了7个环境下该群体的铃重和衣分数据,3个环境下的单株果枝数、单株铃数和株高数据。利用237对SSR标记对上述材料进行基因型检测,采用Tassel 2.1中的一般线性模型程序对上述5个性状进行关联分析。【结果】铃重、衣分、单株果枝数、单株铃数和株高的平均变异系数的变幅为7.28%～21.06%,平均值为13.47%。这表明供试群体具有较为丰富的表型多样性。237个标记在147份陆地棉中共检测到281个多态性位点,各位点上等位基因数的范围为2～6个,涉及690个等位基因,平均每个位点2.455 0个;多态性信息含量平均值为0.216 5;Structure2.2群体结构分析将147份供试材料划分为7个亚群;在3个及以上环境检测到的与铃重和衣分显著关联的标记位点分别有45个和1个,解释表型变异率在不同环境中最高分别达19.30%和11.58%(P0.01);在2个及以上环境检测到与单株果枝数、单株铃数和株高显著关联的标记位点分别有1、4和4个,表型变异解释率在不同环境中分别最高达9.96%、7.00%和5.75%,在BNL2448附近同时检测到与铃重、单株果枝数和株高显著关联的位点。【结论】通过关联分析挖掘了多个可重复检测到的与陆地棉产量及重要农艺性状关联的分子标记位点,此研究结果可为棉花高产育种分子辅助选择提供有益参考。     

利用SSR分析四倍体棉种多态性

利用SSR标记对60份四倍体棉种材料进行遗传多样性分析,其中包括42份陆地棉野生种系。结果显示, 从1 050对SSR引物筛选出的95对SSR引物均能在60份材料间扩增出稳定明显的多态性条带,共检测出660个片段,其中多态性片段584个,占88.5%。每个位点的等位基因为2~12个,平均每对引物6.1个。UPGMA聚类分析显示, 42份材料的相似性系数(GS)在0.306~1.000之间,平均成对相似系数为0.493。95对引物的多态信息含量(PIC)的变幅为0.278~0.905,基因多样性(H¢)的变幅为0.451~2.451, 有效等位基因数(Ne)在1.385~10.490之间变动。SSR标记在陆地棉野生种系及四倍体棉种间均可反映丰富的遗传多样性信息,其中陆地棉与陆地棉野生种系中阔叶棉的亲缘关系最近,海岛棉和达尔文棉的亲缘关系非常相近,黄褐棉和毛棉相对较近,陆地棉与其他4个棉种的亲缘关系最远。     

陆地棉抗旱性与SSR分子标记的关联分析

【目的】了解陆地棉抗旱性和寻找与陆地棉抗旱性相关的分子标记,挖掘与抗旱性状相关的优异等位变异。【方法】以191份陆地棉栽培种组成的自然群体为材料,在萌发期采用质量分数为15%的PEG6000竖直滤纸法对191份材料进行胁迫处理,测定其发芽率。根据隶属函数值对萌发期抗旱性划分抗旱级别。利用关联分析的方法以74对SSR引物对该自然群体进行基因组变异扫描。在利用Structure 2.3.4分析该自然群体的遗传结构的基础上,使用Tassel 2.0的GLM模型将基因型数据与萌发期抗旱性状进行关联分析,寻找与抗旱性状相关的分子标记。【结果】筛选出强抗旱材料46份,中等抗旱材料59份,干旱敏感材料86份;群体结构分析将191份材料划分为2个亚群,分别包含123份和68份材料;通过关联分析获得与陆地棉萌发期抗旱性显著相关的分子标记15个,各位点对表型变异解释率为2.2%~7.49%。【结论】本研究筛选出强抗旱材料46份,获得与萌发期抗旱性相关的分子标记15个,可供棉花抗旱标记辅助选择育种利用。     

陆地棉种质资源抗旱性状的关联分析

干旱是导致全世界棉花严重减产、纤维品质下降的重要因素,因此获得高产、优质、耐旱的棉花新品种一直是棉花的育种目标。本研究选取217份陆地棉栽培种组成的自然群体为研究对象,采用全生育期处理组灌水量为对照组50%的干旱胁迫处理,并在处理后期对217份材料的株高、衣分、单铃重等18个性状进行2年2点的表型鉴定,干旱胁迫后,群体间响应差异明显,多个表型性状在对照和处理间表现显著差异。通过BLUP分析表型数据并计算各性状的抗旱系数;全基因组范围选取的214对多态性SSR分子标记扫描群体,共检测到393个多态性位点,基因多样性系数平均值为0.402,范围为0.072~0.631,PIC值平均为0.329,范围为0.070~0.560;群体结构分析表明,该群体可分为2个亚群。用上述SSR标记分别对18个性状的抗旱系数进行关联分析,共关联到76个极显著位点(P<0.01),表型变异解释率为2.930%~7.218%,其中共有14个标记位点能同时被2种或以上性状检测到。研究结果可为后期棉花杂交育种亲本选择及抗旱分子标记辅助育种提供理论基础及参考依据。     

新疆自育陆地棉品种SSR遗传多样性分析

利用SSR标记对94份新疆自育陆地棉品种的基因组进行分析,研究新疆陆地棉品种的遗传多样性。结果: 从分布于棉花全基因组的206对SSR标记中筛选出54对具有稳定多态性的引物, 共检测出153个多态性位点, 每对引物的等位变异为2~6个,平均为2.93个;基因型多样性(H′)变幅为0.0439–0.7149,平均为0.4491;引物多态信息含量(PIC)为0.0430–0.6640,平均为0.3831。表明SSR标记在品种间可以反映较丰富的遗传多样性信息。94份品种间成对遗传相似系数变幅为0.3846~0.9835, 71.9%的品种相似系数在0.601~0.800内,反映出新疆陆地棉品种间的遗传相似性相对较高。根据UPGMA 聚类分析,在阈值为0.63时,将94份品种划分为2个类群,说明新疆陆地棉品种间遗传关系相对简单,品种的遗传基础相对狭窄,品种遗传组分差异较小,总体上遗传多样性不够丰富;分子聚类结果与品种本身遗传系谱背景和演变趋势吻合度较高,符合品种的真实特性。研究证明,自育品种在分子水平上差异不大,需要努力拓宽品种选育的遗传基础。     

基于重测序的陆地棉InDel标记开发与评价

碱基插入/缺失(InDel)是基因组中丰富的遗传变异形式。InDel以其密度高、易于基因型分型等优点成为分子标记开发的理想来源。本研究利用262份陆地棉品系重测序数据鉴定的InDel位点,在全基因组范围内设计了3206个InDel标记并挑选均匀分布的320个标记进行验证。320个标记筛选出87个多态性标记,多态性率为26.88%。利用多态性标记对不同地理来源的262份陆地棉种质资源进行基因分型,共检测到160个等位位点;多态性信息含量(PIC)为0.0836～0.3750,平均值为0.3073;基因多样性指数变异范围为0.0874～0.5000,平均值为0.3876,表明我国陆地棉遗传基础相对狭窄。群体结构分析将262份陆地棉品系大致划分为2个亚群,聚类分析和主成分分析的结果与之基本一致。采用混合线性模型(Mixed linear model)对6个纤维品质性状的关联分析检测到65个关联位点(P 0.01),各位点对表型变异贡献率为2.57%～8.12%。本研究旨在利用重测序数据开发全基因组范围的可用于凝胶检测的InDel标记,为棉花种质资源研究和分子标记辅助选择育种提供便捷工具。     

种子沙引发对转基因抗虫棉耐盐性的影响

 以转基因抗虫棉花品种中棉所41和浙905为材料,以其遗传背景品种中棉所23为对照,研究了种子沙引发处理对转基因抗虫棉品种在0%、1.0%和1.5% NaCl浓度下的萌发率、出土率和幼苗生长特性的影响。结果表明,沙引发处理对转基因抗虫棉品种在盐胁迫下的种子萌发和幼苗生长具有明显的效果,但对于非转基因棉品种的效果不明显。幼苗子叶、茎秆和根的超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量测定结果表明,沙引发处理使棉花幼苗的子叶和根部维持了较高的SOD与POD活性,但显著减少幼苗体内MDA的积累,说明沙引发有助于促进棉花在逆境下幼苗生长发育和抗逆性的提高。     

新疆彩色棉23个品种指纹图谱的构建及遗传多样性分析

以新疆截止2012年审定的23份新彩棉品种为材料,利用SSR标记进行DNA指纹图谱的构建和遗传多样性分析。从5000对SSR引物中,挑选出多态性高、稳定性好、均匀分布在棉花26条染色体上的52对引物,在23份新彩棉品种中筛选出核心引物47对,SSR扩增检测到多态性基因型位点数共计162个,每个标记检测到的基因型位点数在2~7之间,平均为3.45个;引物多态信息量(PIC)值介于0.4537~0.8686之间,平均值为0.7096。结果显示:在23份新彩棉品种中,14份品种采用特异或特征引物可以一次性区分开,其余9份品种需要采用引物组合来实现区别该品种与其他品种。最少选用18对特异引物及组合引物就可以完全区分开新彩棉1~23号品种。利用18对SSR标记构建了新彩棉1号至23号品种的指纹图谱。利用NTSYS-pcV2.10软件聚类分析表明:23个新彩棉品种遗传相似系数变化范围是0.3781~0.9298,平均为0.5511,表明新彩棉品种之间存在着丰富的遗传多样性。     

抗虫棉不同类型品种苗期耐盐理化特性差异研究

 为揭示不同基因型抗虫棉耐盐性差异的生理机制,指导抗虫棉耐盐品种鉴选和盐碱地棉花生产,以耐盐性差异显著的两类转Bt基因抗虫棉品种——耐盐性强的鲁K536、鲁棉研18优选系,耐盐性弱的新棉33B优选系、鲁K1258——为试验材料,利用不同盐分含量砂培与土培试验相结合,比较研究它们苗期的主要理化指标变化。结果表明,在NaCl胁迫下,耐盐性强的品种苗期叶片内的K⁺含量显著高于耐盐性弱的品种,Na⁺含量显著低于耐盐性弱的品种,丙二醛含量也显著低于耐盐性弱的品种,而游离脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素含量均显著高于耐盐性弱的品种。耐盐性强的品种棉苗的过氧化物酶活性、叶绿素a、b和a+b含量以及净光合速率明显高于耐盐性弱的品种。表明棉花的耐盐性强弱因基因型而异,基因型间的耐盐性差异与丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、类胡萝卜素含量和保护酶活性以及盐离子在叶片中累积量的差异有关。     

Quantitative trait locus mapping of drought and salt tolerance in an introgressed recombinant inbred line population of Upland cotton under the greenhouse and field conditions

Drought and salt tolerances are complex traits and controlled by multiple genes, environmental factors and their interactions. Drought and salt stresses can result in more than 50% yield loss in Upland cotton (Gossypium hirsutum L.). G. barbadense L. (the source of Pima cotton) carries desirable traits such as tolerance to abiotic and biotic stress along with high fiber quality. However, few studies have been reported on mapping quantitative trait loci (QTL) for abiotic stress tolerance using a permanent bi-parental population in multiple tests. The transfer of drought and salt tolerance from Pima to Upland cotton has been a challenge due to interspecific hybrid breakdown. This issue may be overcome by using introgression lines with genes transferred from Pima to Upland cotton. In this study, four replicated tests were conducted in the greenhouse each for drought and salt tolerance along with another test conducted in a field for drought tolerance using an Upland recombinant inbred line population of TM-1/NM24016 that has a stable introgression from Pima cotton. The objectives of the study were to investigate the genetic basis of drought and salt tolerance and to identify genetic markers associated with the abiotic stress tolerance. A total of 1004 polymorphic DNA marker loci including RGA-AFLP, SSR and GBS-SNP markers were used to construct a genetic map spanning 2221.28 cM. This population together with its two parents was evaluated for morphological, physiological, yield and fiber quality traits. The results showed that drought under greenhouse and field conditions and salt stress in the greenhouse reduced cotton plant growth at the seedling stage, and decreased lint yield and fiber quality traits in the field. A total of 165 QTL for salt and drought tolerance were detected on most of the cotton chromosomes, each explaining 5.98–21.43% of the phenotypic variation. Among these, common QTL for salt and drought tolerance were detected under both the greenhouse and field conditions. This study represents the first study to report consistent abiotic stress tolerance QTL from multiple tests in the greenhouse and the field that will be useful to understand the genetic basis of drought and salt tolerance and to breeding for abiotic stress tolerance using molecular marker-assisted selection in cotton.     

新疆早熟棉品种SSR指纹图谱构建与品种鉴别

以新疆自1978年以来审定命名的42个早熟棉品种为材料,利用SSR分子标记对新疆早熟棉品种进行研究。从2300对SSR引物中筛选出了52对具有稳定多态性的引物,每对引物可检测到3～24个多态性片段,共检测到506个,平均9.7个,片段大小介于100～2000bp之间。对所得到的52个SSR指纹图谱进行组合和综合分析,用其中2对就可将所有供试品种区分开来。同时,分别对42个早熟棉品种进行指纹分析,获得各个品种的特异性指纹,可为今后棉花种子真伪快速鉴别奠定基础。     

陆地棉耐盐相关EST-SSR以及EST-InDel分子标记的开发

随着棉花基因组学、转录组学等重要学科的快速发展,针对候选基因进行序列多样性分析,开发基于候选基因的分子标记,将能够极大推进棉花分子育种研究。本研究利用高通量的测序技术对耐盐陆地棉品种Miscott 7913-83和盐敏感品种苏棉12盐胁迫前后根、叶总RNA的混样进行了转录组测序,对不同盐处理时期Miscott 7913-83和苏12根和叶分别进行表达谱分析。获得3232条盐胁迫下差异表达基因;基于差异表达基因利用生物信息学手段大规模开发了SSR以及In Del等分子标记;随机选择了部分SSR及In Del引物进行验证,进一步证实了分子标记的准确性。本研究为快速开发陆地棉品种间多态性分子标记提供了高效可行的分析方法,通过开发陆地棉耐盐相关功能标记,以期用于分子标记辅助育种改良陆地棉耐盐性。     

SSR标记应用于烟草品种遗传多样性研究

SSR标记是进行植物遗传多样性研究的理想技术。本研究应用最近公布的烟草SSR标记分析了13个云南省烟草主栽品种的遗传多样性。对92对分布于烟草24个连锁群的SSR标记引物筛选发现20对在这些品种之间存在多态性。20个SSR位点上共检测到52个等位基因,平均每对引物等位基因数为2.6个。根据SSR标记多态性计算了不同品种之间的遗传距离（GD）,13个品种之间遗传距离介于0.0090-0.4286之间,平均距离为0.2237,说明品种间遗传差异较小。SSR标记技术将在烟草的基因标记定位及分子辅助育种中发挥重要的作用。     

Genetic variation in salt tolerance at the seedling stage in an interspecific backcross inbred line population of cultivated tetraploid cotton

Soil salinity reduces cotton growth, yield, and fiber quality and has become a serious problem in the arid southwestern region of the Unites States. Development and planting of salt-tolerant cultivars could ameliorate the deleterious effects. The objective of this study was to assess the genetic variation of salt tolerance and identify salt tolerant genotypes in a backcross inbred line (BIL) population of 142 lines from a cross of Upland (Gossypium hirsutum) × Pima cotton (G. barbadense) at the seedling growth stage. As compared with the non-saline (control) conditions, seedlings under the salinity stress (200 mM NaCl) showed a significant reduction in all the plant growth characteristics measured, as expected. Even though the two parents did not differ in salt response as measured by percent reduction, significant genotype variations in the BIL population were detected for all traits except for leaf number. Based on percent reduction of the traits measured, several BILs were more salt tolerant than both parents. The results indicate that transgressive segregation occurred during the process of backcrossing and selfing even though both parents were not salt tolerant during seedling growth. Coefficients of correlation between all the traits were significantly positive, indicating an association between the traits measured. The estimates of broad-sense heritability were 0.69, 0.46, 0.47, 0.43, and 0.49 for plant height, fresh weight of shoot and root, and dry weight of shoot and root, respectively, indicating that salt tolerance during cotton seedling growth is moderately heritable and environmental variation plays an equally important role. The overall results demonstrate that backcrossing followed by repeated self-pollination is a successful strategy to enhance salt tolerance at the seedling stage by transferring genetic factors from Pima to Upland cotton.