利用EcoTILLING技术发掘棉花重要性状基因的优异等位变异

发布时间：2018-02-26 15:10

本文关键词： 陆地棉 EcoTILLING 关联分析纤维品质纤维产量复等位基因发掘　出处：《南京农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：棉花是重要的纤维作物,也是重要的油料作物。陆地棉是目前全球种植面积中最为广泛的棉种,具有较丰富的遗传变异。从基因序列水平上对陆地棉种质资源进行遗传多样性分析及其与性状的关联分析,可以发掘棉纤维发育相关优异复等位基因,为育种进行亲本筛选、优化组配及后代选择提供理论指导。本研究从中国农科院棉花所国家中期种质库中选取有代表性的277份陆地棉创新种质,根据其来源,分为中国(三个主产棉区:北部和西北部地区28个,长江流域48个和黄河流域133个),美洲(50个)及其它地区品种(18个)。以陆地棉遗传标准系TM-1为对照,利用陆地棉全基因组分布的微卫星标记(simple sequence repeat, SSR)对该自然群体进行遗传多样性、群体结构和连锁不平衡进行分析;完善并利用EcoTILLING技术进行纤维发育相关的52个基因或启动子序列的单核苷酸多态性(SNP)分析;利用获得的SNP位点与棉纤维产量和品质性状进行关联分析,以发掘棉纤维发育相关基因的优异等位变异。主要研究结果如下:1.利用分布于全基因组的258个陆地棉多态性SSR标记,对来自5个生态区域的277份陆地棉材料进行全基因组扫描,进行遗传多样性研究。结果显示,陆地棉材料多样性指数较高的地区为美洲地区(0.2805)和中国黄河流域(0.2801 ),多样性指数最低的地区为中国西部和北部地区品种(0.2381),预示着美洲地区和中国黄河流域地区的陆地棉具有较为丰富的遗传变异。2.利用普通DNA聚合酶和巢式PCR提高了检测功效及序列扩增特异性,进一步优化了棉花高通量的EcoTILLING检测程序。利用优化了的EcoTILLING技术开展了棉纤维发育相关的52个重要基因及部分基因的启动子序列的SNP分析。结果显示,23个基因及部分启动子的序列存在57个SNPs,位于编码区的SNPs有26个,其中非同义突变SNPs为12个,经SIFT分析可知,4个非同义突变可能严重影响棉纤维细胞编码蛋白质的功能。3.使用分布于全基因组的258个SSR标记,分析了 277份陆地棉材料的群体结构,结果表明,该群体由2个亚群组成。采用包含QTL上位性和QTL与环境互作效应的经验贝叶斯关联分析方法,对纤维产量及品质、种子性状的11个性状进行SNP标记的关联分析,结果表明,23个基因的33个SNP与10个性状显著相关,共发现10个主效QTNs (quantitative trait nucleotides)位点,125个上位性QTNs位点,各关联位点与表型变异的解释率为0.25~12.53%。产量性状中,与衣分显著关联的上位性位点,以GhSus5Dt-C2648G × HOX3At-G2640A的表型变异解释率为最大,达到12.23%;与单铃重显著关联的上位性位点,以WLIM1aDt-T700G × -T1815C的表型变异解释率为最大,达到9.03%;与单株铃数显著关联的上位性位点为GhSus1At-A918G ×CesA2Dt-A5290T,表型变异解释率为0.71%;与籽指显著关联的上位性位点,以GhSus1Dt-G2709C×HOX3At-G2640A的表型变异解释率为最大,达到7.62%。纤维品质中,与纤维强度显著关联的上位性位点,以WLIM1aAt-C1667T×MYB25-LIKEAt-T2413G的表型变异解释率为最大,达到12.53%;与马克隆值显著关联的上位性位点,以GhSus1Dt-G2709C × GhSus8Dt-C577T的表型变异解释率为最大,达到1.87%;与纤维长度显著关联的上位性位点,以GhSus8Dt-T1334C×GhHD1At-T1815C的表型变异解释率为最大,达到5.12%;与整齐度显著关联的位点,以位点CesA2Dt-A4462T × MYB25-LIKEAt-T2413G的表型变异解释率为最大,达到1.91%。棉籽相关性状中,与棉籽油分显著关联的位点,以HOX3At-C2439T X F3HAt-C1567T的表型变异解释率为最大,达到2.31%;与棉籽蛋白含量显著关联的位点,以GhHD1Dt-C199A X MYB25-LIKEAt-T2413G的表型变异解释率为最大,达到3.26%。与前人QTL连锁定位结果比较,发现46个SNP位于74个定位的QTLs物理位置区间内。对与性状关联位点的等位变异作进一步遗传效应解析,分析得到69个等位变异对10个性状具有增效作用,其中,对衣分效应最大的位点为GhSus5Dt-2648G×HOX3At-2640A,效应值为1.8;对纤维长度效应最大的位点为WLIM1aAt-1667T×POD2At-963T,效应值为0.65:对马克隆值效应最大的位点为GhSus1Dt-G2709C×GhSus8Dt-C577T,效应值为0.08,对马克隆值改良有不良作用;对整齐度和纤维强度效应最大的位点都为WLIM1aAt-1667T × MYB25-LIKEAt-2413G,效应值分别为0.18和0.45;对单铃重效应最大的位点为WLIM1aDt-700G×GhHD1At-1815C,效应值为0.13;对单株铃数效应最大的位点为GhSus1At-918G × CesA2Dt-5290T,效应值为0.32;对籽指效应最大的位点为GhSus1Dt-2709G×HOX3At-2640G,效应值为0.26;对棉籽蛋白含量效应最大的位点为GhSus3At-881T×CesA2Dt-5290A,效应值为0.51;对棉籽油分效应最大的位点为GhSus6At-4655C,效应值为0.49。这些等位变异可为选育高产和高品质棉纤维材料提供有效的参考。4.关联分析显示,蔗糖合酶基因家族GhSus1At、GhSus1Dt、GhSus3At、GhSus4Dt、GhSus5Dt、GhSus6At、GhSus7Dt及GhSus8Dt的SNP位点与棉纤维品质、产量和棉籽等相关性状相关联,其中13个SNP与纤维品质显著关联;RNA-seq分析显示该家族基因也在伸长阶段都(3~23DPA)具有相对较高的基因表达量,预示蔗糖合酶家族基因可能是纤维发育和棉籽发育的重要基因,为后续进一步研究蔗糖合酶家族基因功能及其在育种中利用提供参考。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562

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