陆地棉遗传图谱构建及产量和纤维品质性状QTL定位

利用3 458对SSR引物筛选陆地棉中棉所35和渝棉1号间的多态性引物, 获得173对。以多态性引物检测(渝棉1号×中棉所35)F₂群体180个单株的标记基因型, 共获得178个标记位点。构建的遗传连锁图谱包括148个标记, 36个连锁群, 总长1 309.2 cM, 标记间平均距离8.8 cM, 覆盖棉花基因组的29.5%。36个连锁群中的28个分别被定位于20条染色体, 8个连锁群未定位于染色体。以渝棉1号×中棉所35的F₂、F_2:3群体的产量、纤维品质性状鉴定结果, 利用区间作图方法, 检测到4个产量性状QTL, 即2个衣分(LP)、1个铃重(BW)、1个籽指(SD); 5个纤维品质性状QTL, 即1个纤维长度(FL)、2个纤维比强度(FS)和2个纤维细度(FF)。LP1、BW、SD、FL和FS1被定位于第7染色体, LP2、FS2、FF1和FF2被分别位于第15、21、9和20染色体。5个纤维品质QTL的有利等位基因均来源于渝棉1号。     

陆地棉产量相关性状的QTL定位

中棉所28和湘杂棉2号分别是以中棉所12×4133和中棉所12×8891配制而成的两个陆地棉强优势杂交种。以其F₂为作图群体,筛选6000多对SSR引物,利用两群体间27个共有多态位点,通过JoinMap 3.0软件整合了一张包含245个多态位点、全长1847.81 cM的遗传图谱。利用Win QTLCart 2.5复合区间作图法分别对两群体8个产量相关性状在F₂和F_2:3中进行QTL定位,在中棉所28群体多环境平均值的联合分析中检测到16个QTL,三环境分离分析中检测到43个QTL;在湘杂棉2号群体分别检测到20个和66个QTL。在A3、D8、D9等染色体上有QTL成簇分布现象,同时在两个群体中发现一些不受环境影响且稳定遗传的QTL。对考察的8个性状在两个群体中发现12对共有QTL,控制果枝数、衣分和籽指的QTL增效基因位点均来源于共同亲本中棉所12。综合分析推测中棉所12的育种价值主要是通过提高后代的结铃性来实现的。研究结果为棉花产量性状的分子设计育种提供了有用的信息。     

棉花抗黄萎病QTL初步定位

本研究以高抗黄萎病的海岛棉品种海7124和高感黄萎病的陆地棉品种邯郸14组配的F2群体184个株系,构建了一个分子标记遗传连锁图,包括了142个位点和30个连锁群,标记间的平均距离为8.24cM,全长1169.6cM,覆盖棉花总基因组约23.4%。用复合区间作图分析共检测到12个抗黄萎病相关QTL,其中田间抗病性检测到不同时期7个病情指数相关QTL,1个病株率相关QTL,温室苗期抗病性定位4个病株率相关QTL。从绝对量上看,各QTL加性效应从2.20到42.39,显性效应从1.65到32.25,解释表型变异1.09%～22.73%,且田间抗病性获得的QTL与温室苗期抗病性得到的QTL基本相同,其中qFDI711-30-0.01位点距MUSS294仅为0.01cM,加性效应较高解释表型变异22.32%,这对于培育优质抗病材料用于标记辅助育种具有一定的参考价值。     

陆海高代回交群体抗黄萎病QTL定位

【目的】定位棉花抗黄萎病数量性状位点(Quantitative trait loci, QTL)。【方法】以海7124和TM-1配制抗感组合F1,再以鲁棉研28为轮回亲本构建的137个BC4F1家系为作图群体,筛选出多态性重复序列(Simple sequence repeat, SSR)标记,并与已发表的整合高密度遗传连锁图谱相比对,构建遗传图谱。采用复合区间作图法(Composite interval mapping,CIM)进行大田和病圃两个环境下抗黄萎病QTL定位。【结果】216个多态性SSR位点分布在26条染色体上,可覆盖棉花基因组3 380 cM(centi Morgan),标记间平均距离15.77 cM。定位到6个QTLs,分布在6条染色体上,可解释表型变异8.56%~20.26%,其中5个QTLs与前人研究结果相一致,在第1染色体上新定位到一个QTL。本研究可为分子标记辅助选择抗病育种提供帮助。【结论】定位到6个黄萎病相关QTLs,其中1个是在第1染色体上新发现的QTL。     

棉花抗黄萎病基因的QTL定位

以高感黄萎病的陆地棉品种"邯郸208"与高抗黄萎病海岛棉品种"Pima90"的136个F2单株为作图群体,构建了一个包括17个连锁群、标记间平均间距18.61cM、全长1842.8cM的陆海种间分子标记遗传连锁图,该图约覆盖棉花基因组的36.8%。单因子方差分析和复合区间作图检测到与黄萎病抗性相关的3个QTL,分别位于第四连锁群和第七连锁群上,分别解释表型变异方差的15.39%、54.11%和57.18%。初步认为海岛棉"Pima90"对陆地棉"邯郸208"的黄萎病抗性由两个主效QTL和一个微效QTL共同控制。     

棉花抗黄萎病QTL定位研究进展

QTL(quantitative trait locus)定位将控制数量性状的基因分解成单个孟德尔因子进行详细剖析,更为细致地了解数量性状的遗传规律,为加速棉花抗黄萎病的遗传改良奠定基础。本文概述了棉花抗黄萎病QTL定位理论和现状,讨论了棉花抗黄萎病QTL定位过程中存在的问题及在遗传改良上的应用前景。     

不同黄萎病级对棉花产量及纤维品质的影响

利用３个抗枯耐黄棉花品种（系），在病圃研究了不同黄萎病级对棉花产量及纤维品质的影响。结果表明，不同病级的棉花黄萎病株使单株子棉产量降低４．８２％～８５．６６％，单株结铃数减少３．３８％～８４．０１％，单铃重减轻２．６７％～１６．７４％，在分损失０．８２％～７．５７％。在产量各因素中，单株结铃数受病级影响最大，其次是铃重，再次是衣分。同时建立了各品种病级与单株子棉产量和单株结铃数的直线回归方程。黄萎病主要是对纤维的细度、强力、主体长度及成熟度有明显影响。病株与健株比较，病株纤维细度变细，强力降低，主体长度明显变短。     

陆地棉抗黄萎病性状的遗传及分子标记研究

 以陆地棉抗黄萎病品系常96和感病品种军棉1号为研究材料,构建了一个含有138个F₂单株的作图群体。利用强致病力菌株VD8对P₁、P₂、F₁、F_2：3群体进行营养钵接种,估算各世代的相对病指。应用主基因 多基因混合遗传模型分析得出该组合的最适遗传模型为C-0模型,即加性-显性-上位性多基因模型。对1998对SSR引物和230对SRAP引物进行筛选,获得148个SSR和6个SRAP多态性标记位点,进一步利用MAPMAKER作图软件,构建了一张含122个标记位点的陆陆杂种遗传连锁图。利用复合区间作图法在第9染色体NAU462-JESPR114区间内,检测到1个抗黄萎病QTL,可解释的表型变异为13.8%。     

利用染色体片段代换系定位棉花抗黄萎病QTL

通过陆地棉与海岛棉杂交并与陆地棉回交,获得1个染色体片段代换系苏VR043,抗江苏非落叶型黄萎病菌系BP2。分子检测表明,苏VR043兼有陆地棉苏棉8号的遗传背景和海7124的D4染色体片段。以苏VR043和苏棉8号为亲本构建包含176个单株的F2群体,通过标记分析和F2:3家系抗病鉴定,发现抗病性状与标记NAU3392连锁,p值为2.3×10-12。根据棉花D组染色体测序结果,参照置换区段的基因组序列,合成92对SSR引物;PCR扩增分析发现,有5对引物在苏棉8号和苏VR043之间表现多态性,并将抗病主效QTL定位在标记ZHX32和NAU3392之间,标记间遗传距离为3.2 c M,QTL解释表型变异64.8%。同时参照棉花D组测序结果,提取对应的置换区段序列,预测包含63个基因,基因聚类分析表明7个基因参与抗逆反应,其中1个基因与抗病相关。     

海岛棉CSSLs分子评价及纤维品质、产量性状QTL定位

本课题组前期以陆地棉中棉所8号(CCRI8)为轮回亲本, 海岛棉Pima 90-53为供体亲本培育了一套陆地棉中棉所8号为背景的海岛棉染色体片段置换系(CSSLs), 本研究利用SSR标记对该置换系群体BC₃F₅进行基因型检测, 在3个不同环境下(河北保定、青县和新疆轮台)鉴定其纤维品质和产量相关性状并进行QTL定位。该置换系群体包含182个家系, 置换片段数在1~15个之间, 平均为6.6个; 导入片段长度在0.7~83.2 cM之间, 平均长度为16.8 cM; 置换片段总长度20 249.6 cM; 背景回复率在92.3%~99.6%之间, 平均为96.2%。共检测出59个相关的QTL, 其中与纤维品质性状相关的41个, 单个QTL的贡献率为1.27%~26.66%; 与产量性状相关的18个, 单个QTL的贡献率为2.03%~19.38%; 检测到14个稳定的QTL, 其中4个马克隆值和2个纤维伸长率相关的稳定QTL增效基因均来自高值亲本海岛棉Pima 90-53, 2个铃重相关的稳定QTL增效基因来自高值亲本陆地棉中棉所8号。研究结果为深入开展纤维品质和产量性状的QTL精细定位、QTL间互作和分子育种提供了理论依据。     

陆地棉种子物理性状QTL定位

定位棉花种子性状的基因对揭示棉花种子性状的遗传规律,以及明确棉花种子、产量、纤维品质等性状间的遗传关系具有重要意义。以(渝棉1号×T586) F_2:7重组近交系群体构建的遗传连锁图谱,在鉴定270个家系3个环境种子物理性状的基础上,利用MQM作图方法,共检测到34个种子物理性状QTL,包括9个种子重(qSW)、5个短绒重(qFW)、3个短绒率(qFP)、8个种仁重(qKW)、6个种子壳重(qHW)和3个种仁率(qKP)QTL,它们可解释4.6%~80.1%的性状表型变异。9个QTL在2个或3个环境中被检测到,其中包括第12染色体显性光子位点的短绒重与短绒率QTL,以及另外7个微效应QTL。34个QTL分布于15条染色体,其中A染色体组20个,D染色体组14个。有12个染色体区段分布有2个或2个以上的QTL,而且同一染色体区域同一亲本所具有的不同性状QTL的方向大多数与性状表型相关系数的正负一致。     

陆地棉衣分差异群体产量及产量构成因素

 以衣分差异较大的陆地棉品种为材料,构建了包含188个F₂单株的作图群体,应用6111对SSR引物对亲本进行了分子标记筛选,结果仅获得了123个多态性位点,其中88个位点构建了总长为666.7 cM、平均距离为7.57 cM的遗传图谱,覆盖棉花基因组的14.9%。通过复合区间作图法对F₂单株和F_2∶3家系进行QTL检测,共鉴定出了18个控制产量及产量构成因素变异的QTLs,包括2个衣分QTLs、4个子棉产量QTLs、4个皮棉产量QTLs、2个衣指QTLs、3个单株铃数QTLs、2个铃重QTLs和1个子指QTL。 解释的表型变异分别为\{6.9%\}～16.9%、5.6%～16.2%、4.8%～15.6%、7.7%～13.3%、8.2%～11.6%、6.1%～7%和6.6%。不同QTLs在相同染色体区段上的成簇分布表明与产量性状相关的基因可能紧密连锁或一因多效。产量及产量构成因素QTLs的遗传方式主要以显性和超显性效应为主。检测到的主效QTLs可以用于棉花产量及产量构成因素的分子标记辅助选择。     

不同遗传背景下陆地棉衣分和子指性状QTL定位

为陆地棉产量性状有关的分子标记辅助育种奠定理论基础,以高品质中长绒棉品种‘新陆早24号’为父本,转基因抗虫棉常规品种‘鲁棉研28号’和高产、优质棉花新品种‘冀棉516’为母本,构建F2和F2:3分离群体;利用7638对SSR引物对‘鲁棉研28号’和‘新陆早24号’进行多态性进行筛选,共获得225对多态性引物,对238个F2单株DNA扩增获得238个多态性标记位点,其中185个构建了包括44个连锁群,总长为1509.38 cM的遗传连锁图谱,标记间的平均距离为8.16 cM,覆盖棉花总基因组的33.91%。根据已有图谱的定位结果,40个连锁群与染色体建立联系。利用复合区间作图法定位‘鲁棉研28号’与‘新陆早24号’分离群体F2单株和F2:3家系的衣分和子指性状QTL,其中得到3个衣分和5个子指的QTL;根据定位结果,选择了14对SSR引物,分析‘冀棉516’与‘新陆早24号’的多态性,其中6个标记构建了两个连锁群。1个衣分和1个子指的QTL在两个群体中均检测到,这些共同QTLs为分子标记辅助育种奠定了基础。     

Mapping of Verticillium Wilt Resistance QTL with Interspecific Advanced Backcross Population between Upland Cotton (Gossypium hirsutum L.) and Sea-Island Cotton (G. barbadense L.)

[Objective] The aim of this study was to map quantitative trait loci (QTLs) of Verticillium wilt resistance in cotton. [Method]In this study, with the cultivar Lumianyan 28(Gossypium hirsutumL.) as the recipient parent and the F₁generation obtained from the cross Hai7124 (G. barbadense) and TM-1(G. hirsutumL.) as the donor parent, an interspecific advanced backcross population was constructed. Compared with the integrated high density genetic linkage map published, simple sequence repeat(SSR) markers of polymorphism were used to construct genetic linkage map. QTLs detection was conducted by composite interval mapping method in field and disease nursery. [Result] 216 simple sequence repeated (SSR) markers of polymorphism were assigned to 26 Chromosomes with a total map distance of 3 380 cM and an average distance of about 15.77 cM between two adjacent markers. Six QTLs located on 6 chromosomes had been detected and could explain phenotypic variance with 8.56%～20.26%. Five of Six QTLs were consistent with the previous study. Moreover, one novel QTL which located on Chromosome 1 was detected in this study. These results maybe helpful for the marker-assisted development of new cultivars which were resistant to Verticillium wilt. [Conclusion] Six QTLs were detected, one of them is a new QTL on chromosome 1.     

陆地棉高品质系数量性状的遗传变异与选择指数

 研究了20个高品质陆地棉品系12个数量性状的遗传变异、广义遗传力、遗传相关及产量的选择指数。结果表明,单株产量和株铃数具有较大的遗传变异,纤维品质性状的遗传变异较小,说明继续改良高品质系的产量性状潜力较大。纤维品质性状的广义遗传力介于79.07%~89.47%之间,产量及产量组分性状中以衣分和铃重最高,广义遗传力分别为89.1%和81.85%,单株皮棉重最低,为55.05%。单株皮棉重与株铃数、株铃数与果枝数成极显著遗传正相关。利用与单株皮棉重遗传相关较强的多个性状构建的选择指数,比单纯选择单株皮棉重的效果好,其中以单株皮棉重、株铃数、果枝数和果节数结合选择的效果最佳。     

陆地棉纤维品质性状主基因与多基因混合遗传分析

采用2个纤维品质表现高强的材料和黄河流域棉区的2个主栽抗虫品种配成2个组合,利用主基因与多基因混合遗传模型分析方法,对主要纤维品质性状进行5个世代联合分析。结果表明多数品质性状是由一个主基因和多基因控制。主基因遗传效应中,F2分离群体中,比强度的遗传效应最大,为14.36%和8.40%,其次是绒长性状,为9.51%和2.59%。F2:3中的主基因效应与F2接近。主基因显性效应很小,除纤维长度在一个组合中总显性效应(主基因显性效应 多基因显性效应)为较大正值外,其余三个性状在两个组合中均表现负值或接近于0,杂合状态下多数纤维品质性状表型值偏向中亲值或低亲值,分子标记研究也证明了这一点,所以棉花纤维品质性状单纯依靠表型选择效率低,需要依靠分子标记辅助育种对主栽品种进行品质改良。     

陆地棉产量组分对皮棉产量的遗传贡献分析

采用加性-显性-母性及其与环境互作的遗传模型,对5个陆地棉亲本及其F1代20个组合6个产量组分和皮棉产量的两年资料,利用估算条件方差分量和预测条件遗传效应值的统计方法进行了贡献分析.结果表明,产量组分对皮棉产量表型值的贡献变化范围为-46%～80%;铃数对皮棉产量有很高的显性贡献率(CRD=96%),其次是铃重(CRD=41%);铃数对皮棉产量的母性×环境互作遗传方差贡献率最大(CRME=98%),其次是铃重(CRME=77%)、衣指(CRME=62%)和子指(CRME=42%);铃数对皮棉产量的加性、母性效应贡献因亲本而异;对亲本皮棉产量的母性×环境互作贡献最大的产量组分性状因不同亲本而有所不同,表明各亲本具有其独特的遗传和发育特性,亲本1的铃重对其皮棉产量的母性效应在环境1中有最大的贡献(MEi(C→T)= 5.49 g),在环境2中,亲本3的铃重有最大的母性×环境互作效应贡献(MEi(C→T)=0.71 g),亲本5的铃数具有最大的母性×环境互作效应贡献(MEi(C→T)=0.51 g).多数杂交组合皮棉产量的显性效应主要受铃数和铃重影响,因此铃数和铃重可作为间接选择组合皮棉产量显性效应的指标.