陆地棉吐絮率的限制性两阶段多位点全基因组关联分析及候选基因预测

【目的】吐絮率是反映陆地棉（Gossypium hirsutum L.）早熟性状的重要指标之一,利用全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）解析吐絮率的QTL（quantitative trait locus）及其遗传效应,为陆地棉早熟性状的分子育种提供理论基础。【方法】利用315份不同陆地棉品种（系）构成的自然群体,在3个环境下对吐絮率进行表型鉴定。同时利用前期构建的9 244个具有复等位变异SNP连锁不平衡区段（SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB）分子标记,采用限制性两阶段多位点全基因组关联分析（restricted two-stage multi-locus GWAS,RTM-GWAS）方法,检测与吐絮率显著关联的SNPLDB位点、估算其表型效应值,并建立显著关联位点在群体中QTL-allele矩阵,鉴定稳定关联的主效SNPLDB位点及其优异单倍型。根据2组转录组数据的基因表达量,在显著SNPLDB位点侧翼序列1 Mb基因组范围内挖掘可能与目标性状有关的候选基因。【结果】陆地棉自然群体在3个环境下的吐絮率变异范围为37.78%—100.00%,广义遗传力为67.03%。多环境方差分析表明,吐絮率在基因型、环境及基因型×环境互作间均呈现极显著差异（P<0.001）。通过RTM-GWAS共检测到52个与吐絮率显著关联的SNPLDB位点,共包含179个等位基因/单倍型。其中90个增效等位基因/单倍型的效应值分布范围为0.014—19.43,89个减效等位基因/单倍型的效应值分布范围为-21.49—-0.039。在上述显著关联SNPLDB位点中,6个位点在多环境联合分析和单环境分析中均被检测到,被认为可能是与吐絮率显著关联的稳定SNPLDB位点。通过对上述6个稳定SNPLDB位点不同等位变异对应表型性状的差异显著性分析,鉴定出4个优异等位变异类型,分别为LDB_16_37952328（TT）、LDB_5_96395565（AA）、LDB_16_49503485（TT）和LDB_4_81118668（TT）。进一步分析发现,其优异等位变异的频率分布在中国4个不同生态区的品种（系）间存在差异。此外,在4个稳定主效SNPLDB位点的邻近区域共注释了178个基因,并利用转录组数据分析,预测发现其中23个基因可能是调控陆地棉吐絮率的候选基因。【结论】共鉴定到52个与吐絮率显著相关的SNPLDB位点,其中,有4个SNPLDB为稳定关联的主效位点;预测发现23个基因可能与陆地棉吐絮率有关。

Restricted Two-Stage Multi-Locus Genome-Wide Association Analysis and Candidate Gene Prediction of Boll Opening Rate in Upland Cotton