陸地棉遺傳背景下海島棉Chromsome 7片段纖維品質性狀的QTL定位

摘 要：為消除遺傳背景的干擾，深入剖析陸地棉遺傳背景下滲入的海島棉Chromsome 7 （Chr.7） 片段對優異纖維性狀的遺傳貢獻，本研究從（魯棉研22 × 魯原343）重組自交系中選擇攜帶海島棉Chr.7染色體片段的優質次級漸滲系R472作親本，與高產親本魯棉研22回交，構建了包含514個F2單株的次級定位群體。利用JoinMap構建Chr.7的遺傳圖譜，運用基于混合線性模型的QTLNetwork-2.2軟件和基于多元回歸模型的Windows QTL Cartographer 2.5軟件對纖維品質性狀進行QTL定位，結果顯示，利用Windows QTL Cartographer 2.5檢測到1個纖維強力QTL （qFS-C7-1），距離漸滲位點DC40182 8.1 cM，可解釋表型變異率5.66%，增效等位基因來源于攜帶有海島棉Chr.7染色體漸滲片段的R472；利用QTLNetwork-2.2檢測到1個纖維強力QTL （qFS-C7-1）、1個纖維細度QTL （qFM-C7-1）。2個作圖軟件定位的纖維強力QTL位點基本一致，可認為是同一位點。

關鍵詞：海島棉；次級漸滲系；纖維品質；QTL定位

中圖分類號：S562.032 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）10-0007-05

棉花是世界上最重要的纖維作物，長期以來，優質和高產一直是棉花育種改良的重要目標，但由于纖維品質性狀與產量性狀一般存在負相關^[1]，造成棉花同步改良十分困難。陸地棉因產量高、適應性廣而主導當前世界棉花生產，但由于其纖維品質不夠理想，尚不能滿足現代紡織技術飛速發展的需求。海島棉中蘊含著優質纖維基因，把這些優異基因引入陸地棉一直是育種工作者努力追求的目標，且通過遠緣雜交已獲得了許多具有優異纖維品質性狀的漸滲系材料^[2]，但這些外源基因組分被引入的同時往往會對一些重要的農藝性狀產生不利影響。因此，對這些優異纖維漸滲系中與纖維品質有關的漸滲基因組分進行精確解析，不僅對深入研究優異纖維品質的遺傳基礎、揭示漸滲系優異纖維性狀形成的遺傳機制具有重要科學意義，而且通過剖析纖維品質性狀與產量等性狀的遺傳相關^[3]，對利用分子標記挖掘優異纖維品質基因資源、探討棉花纖維品質和產量同步改良的育種策略具有重要現實意義。

傳統育種方法通常根據田間表型和性狀測定等進行品種選擇，由于環境條件的變化、一因多效、遺傳連鎖等原因，往往使選擇的準確性受到影響。分子標記輔助選擇是在DNA水平上的選擇，不受環境等因素的影響，從而提高了選擇的準確性。棉花分子標記研究近年來發展較快，已構建了多張棉花分子標記遺傳連鎖圖^[4～10]，并進行了纖維品質、產量等相關性狀的QTL定位。棉花QTL定位從根本上建立起了表型與基因型之間的直接聯系，最終實現基因在不同品種之間的轉移從而使功能基因得到充分的利用，是棉花遺傳育種和基因組研究的熱點之一。但利用優異纖維漸滲系直接對漸滲自海島棉的基因組分進行遺傳解析還缺乏系統的研究。

在前期試驗中，利用魯原343（LY343）與生產上推廣的高產抗蟲棉品種魯棉研22號（LMY22）構建作圖群體，進行了纖維品質QTLs的定位研究，結果顯示，絕大多數纖維品質QTLs（83%）與漸滲基因組分相關，主要分布在Chr.2、Chr.3、Chr.7、Chr.16、Chr.23和Chr.25等標記較密集的漸滲區域，并且很多漸滲區域的纖維品質QTLs是成簇分布的^[11]。在此基礎上，本研究從重組自交系中選擇攜帶海島棉Chr.7染色體漸滲片段的優質次級漸滲系R472，與高產親本LMY22回交，構建包含514個F2單株的次級定位群體，對Chr.7染色體漸滲片段的纖維品質QTLs進行了精確定位。該次級定位群體最大限度地消除了遺傳背景的干擾，可有效地提高QTL定位的準確性^[12]，為精確地解析Chr.7染色體纖維品質QTLs的遺傳效應、利用與其緊密連鎖的分子標記進行分子標記輔助育種奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

轉基因抗蟲棉魯棉研22號（LMY22）為山東棉花研究中心選育的高產種質；R472是在重組自交系群體中篩選出的攜帶海島棉Chr.7染色體片段的優質次級漸滲系（圖1），其遺傳背景比魯原343（LY343）更加簡單；Ashmouni為R472所蘊含的優質纖維基因的海島棉供體親本，由中國農業科學院棉花研究所國家棉花種質資源庫提供。

1.2 群體的構建

2011年在山東棉花研究中心臨清試驗站以優質次級漸滲系R472和轉基因抗蟲棉LMY22為親本進行雜交，冬季在海南島種植F1代并自交，2012年種植次級定位群體F2代，10月份單株收花，送農業部棉花纖維監督檢驗中心進行檢測，檢測指標包括上半部平均長度、整齊度、馬克隆值、伸長率和斷裂比強度，均采用HVICC校準水平。

1.3 棉花基因組DNA的提取

采生長旺盛期棉花F2單株的幼葉，參照王芙蓉等^[13]的方法，提取純化基因組DNA用于分子標記分析。

1.4 SSR標記分析及漸滲位點的確定

在前期工作的基礎上，選出次級漸滲系R472與LMY22之間的Chr.7染色體漸滲片段上的多態性引物進行次級定位群體的分析，通過比較漸滲系R472與LMY22、陸地棉遺傳標準系TM-1及優質纖維供體海島棉品種Ashmouni之間的標記基因型，確定漸滲位點。SSR標記的PCR擴增與PAGE/銀染分析參照張軍等^[14]的方法。

1.5 遺傳連鎖圖的構建和纖維品質性狀QTL定位

采用作圖軟件JoinMap 3.0 進行標記連鎖分析^[15]，以LOD=6.5，最大遺傳距離為40 cM，采用Kosambi函數構建遺傳連鎖圖，采用繪圖軟件MapChart 2.2 繪制連鎖圖。

運用基于混合線性模型的QTLNetwork-2.2軟件和基于多元回歸模型的Windows QTL Cartographer 2.5軟件的復合區間作圖法對纖維品質性狀進行QTL定位，通過1 000次排列測驗估算各性狀LOD值。

2 結果與分析

2.1 漸滲基因組分的鑒定

利用次級漸滲系R472與LMY22之間的多態性引物分析次級定位群體514個F2單株的標記基因型，通過比較漸滲系R472、陸地棉親本LMY22、陸地棉遺傳標準系TM-1及優質纖維供體海島棉品種Ashmouni之間的標記基因型，發現有2對引物擴增到與R472和Ashmouni一致但與LMY22不同的帶型（圖2），分別為DPL0852和DC40182，即漸滲系R472的漸滲位點。

2.2 遺傳連鎖圖的構建

利用遺傳圖譜構建軟件JoinMap 3.0進行遺傳連鎖分析，構建Chr.7的遺傳連鎖圖（圖3），連鎖圖包括7個標記，長13.5 cM，標記間平均距離1.93 cM。

2.3 纖維品質QTLs分析

利用Windows QTL Cartographer 2.5軟件，在Chr.7染色體檢測到1個纖維強力QTL qFS-C7-1（表1、圖3A），位于區間CGR6773-DC40182，距離漸滲位點DC40182 8.1 cM，可解釋表型變異率5.66%，增效基因來自次級漸滲系R472。利用QTLNetwork-2.2軟件檢測到1個纖維強力QTL、1個纖維細度QTL，分別為qFS-C7-1和qFM-C7-1（表1、圖3B），位于區間DPL0757-DPL0852，其中qFM-C7-1位點來自LMY22的等位基因能夠使馬克隆值增加（纖維變粗），在一定范圍內馬克隆值增加降低了棉花纖維品質；而來自R472的等位基因能夠降低馬克隆值，因此該QTL位點對纖維品質改良是有利的。

3 討論海島棉中蘊含著優質纖維基因，挖掘和利用海島棉中的有利基因對改善陸地棉纖維品質具有重要意義。本研究利用攜帶海島棉Chr.7染色體漸滲片段的優質次級漸滲系R472，與高產親本魯棉研22回交，構建次級定位群體并進行纖維品質QTLs的定位，結果利用Windows QTL Cartographer 2.5軟件檢測到1個纖維強力QTL （qFS-C7-1），位于區間CGR6773-DC40182；利用QTLNetwork-2.2軟件檢測到1個纖維強力QTL （qFS-C7-1）、1個纖維細度QTL （qFM-C7-1），位于區間DPL0757-DPL0852，與前期研究結果基本一致，驗證了纖維品質QTLs的準確性和穩定性。

QTLNetwork-2.2軟件檢測到的假陽性QTL較Windows QTL Cartographer 2.5軟件少，且能夠檢測到上位性QTL以及QTL與環境的互作，但有可能造成某些QTL的遺漏^[16]。而基于多元回歸模型的Windows QTL Cartographer 2.5軟件的復合區間作圖法對同一染色體上有2個或2個以上的QTL進行定位時往往會出現偏差^[17]。蘇成付等^[18，19]認為在進行QTL定位時，最好先用復雜模型QTLNetwork-2.2軟件進行全模型掃描，然后再用其他模型進行驗證，重復檢測出的QTL置信度較高，未能重復檢出的QTL留待進一步驗證。本研究2個軟件檢測到的纖維強力QTL位點基本一致，但在染色體上的置信區間存在一定偏差，可能是由于2個軟件所基于的統計模型不同造成的，但利用2個軟件同時檢測到該QTL位點，說明該位點的置信度相對較高。該位點距離SSR標記DC40182 8.1 cM，存在一定距離，下一步我們將利用新型的棉花分子標記對DC40182附近的漸滲區段進行加密，獲得與纖維強力QTL緊密連鎖的分子標記，以提高分子標記輔助選擇的精確性。

參 考 文 獻：

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