陆地棉染色体片段代换系产量及纤维品质性状的遗传分析与主效QTL定位

发布时间：2018-11-08 07:23

【摘要】：棉花是世界上重要的经济作物和棉纺织工业原料,生产上以陆地棉与海岛棉两个栽培种为主,其中陆地棉占世界棉花总产的95%。近年来,由于陆地棉品种遗传多样性低,遗传基础狭窄,其产量与纤维品质改良的难度加大,如何扩大陆地棉品种的遗传基础成为遗传研究的重要课题。海岛棉是棉属的1个四倍体栽培种,具有纤维品质优良、抗病性强等特点,将海岛棉的优异基因转移到陆地棉中以拓宽陆地棉品种的遗传基础,长期以来都是棉花研究的重要方向。陆地棉染色体片段代换系(Chromosome segment substitution lines,CSSLs)是指在陆地棉的遗传背景中导入1个或几个小的海岛棉染色体片段,从而形成一系列的近等基因系。由于其具有遗传背景清晰、性状稳定等特点,在水稻、玉米、番茄等作物上的应用十分广泛,日益成为作物数量遗传、杂种优势利用与基因聚合育种等研究领域的理想工具。本研究以2套陆地棉染色体片段代换系为材料,按双列杂交和单交方式分别配制F_1,在多个环境下考察产量及纤维品质相关性状的综合表现,采用统计分析、ADE遗传模型以及分子标记分析等方法,探讨代换系各性状的综合表现及相关关系,在多环境下分析其遗传特性并鉴定产量与纤维品质性状的主效QTL,明确片段代换系产量及纤维品质性状的遗传特性,为代换系的进一步利用提供理论依据,并为进一步开展相关QTL的精细定位和分子标记辅助选择(MAS)奠定基础。本文主要研究结果如下:(1)杂种优势表现:在两个遗传背景不同的群体中,其F_1的杂种优势表现也大体一致。铃重、铃数、子棉与皮棉产量的群体平均优势相对较大,衣分、子指、纤维长度、比强度与马克隆值的群体平均优势相对较小,而株高、果枝数、整齐度与伸长率的群体平均优势在不同群体中存在差异。铃重、铃数、子棉与皮棉产量的群体超亲优势相对较大,衣分相对较小且存在背景差异,其它性状的群体超亲优势不明显或为负值。(2)遗传效应:不同背景(中棉所36或中棉所45)代换系群体的遗传表现大体一致,产量与纤维品质性状受到遗传主效应以及遗传与环境互作效应的共同影响,其中铃重、铃数、子棉与皮棉产量以显性效应为主,衣分与子指以加性效应为主,株高与果枝数受环境影响较大。马克隆值与整齐度以遗传效应为主,纤维长度、比强度与伸长率的遗传与环境互作效应较大。衣分与子指的狭义遗传率较高,早期世代选择能获得较好的预期效果。铃重、子棉与皮棉产量的广义遗传率较高,受环境影响相对较大,直接选择结果不大可靠。株高、铃数、子棉与皮棉产量的互作广义遗传率相对较高,在特定环境条件下可利用杂种优势。纤维长度、马克隆值与比强度的狭义遗传率与广义遗传率均相对较高,在早期世代选择相对可行。(3)单交群体各性状的综合表现:在以中棉所36或中棉所45为背景的染色体片段代换系中,其亲本与F_1在产量及纤维品质性状上均存在丰富的遗传变异,且F_1存在着明显的中亲优势,尤其表现在产量性状上,环境间的变化趋势基本一致。在产量与纤维品质性状上,均存在部分表现突出的亲本与F_1,其在遗传改良与育种应用中具有广阔前景。(4)产量与纤维品质的相关分析:产量与纤维品质性状的相关性均较弱,且因群体背景和材料类型不同而略有差别,二者存在同步改良的可能性。因群体背景、材料类型以及环境条件不同,产量构成因素与皮棉产量的相互关系存在较大差异。(5)QTL定位的总体结果:在Pop36中共检测到162个QTL,分布在26条染色体上(整个染色体组),其中产量相关QTL有101个,单个QTL解释的表型变异为7.04%~16.39%,有12个QTL在2个以上环境中检测到。纤维品质QTL有61个,单个QTL解释的表型变异为7.02%~35.48%,其中有22个QTL在2个以上环境中检测到。在Pop45中共检测到150个QTL,分布在26条染色体上,其中产量相关QTL有82个,单个QTL解释的表型变异为6.31%~15.29%,有20个QTL在2个以上环境中检测到,纤维品质QTL有68个,单个QTL解释的表型变异为6.68%~23.44%,其中有16个QTL在2个以上环境中检测到。(6)稳定存在的QTL:在Pop36中有34个QTL被重复检测到,其中q FS-20-14在5个环境中被检测到,q FS-7-9、q FS-14-17、q FS-22-1和q FL-7-9在4个环境中被检测到,q FL-7-5、q FL-13-6、q FL-22-1、q FM-14-9和q SI-14-17在3个环境中被检测到,其它24个QTL在2个环境中被检测到。上半部平均长度、断裂比强度、铃数、马克隆值和伸长率等5个性状的重复QTL最多,均在3个以上。在Pop45中有36个QTL被重复检测到,其中q BN-2-3、q BN-2-7、q BN-19-8、q SY-21-21、q LY-21-21、q FL-15-3、q FM-5-13、q FM-15-5和q FU-11-21在3个环境中被检测到,其余27个QTL在2个环境中被检测到。上半部平均长度、马克隆值、铃数、子棉和皮棉产量等5个性状的重复QTL最多,均在4个以上。(7)增效基因的来源:在Pop36中,产量性状QTL的增效基因主要来自于中棉所36,所占总体的比例为63.4%;纤维品质性状QTL的增效基因主要来自于海1,所占总体的比例为59.0%。在Pop45中,产量性状和纤维品质性状QTL的增效基因分别来自于海1和中棉所45,总体所占比例大致相当。(8)紧密连锁的分子标记:结果表明,2个代换系群体均存在多个QTL的紧密连锁或成簇分布现象。在Pop36中,有79个标记分别与162个QTL紧密连锁,尤其有3个标记(NAU1085、HAU0883a和TMB1125)分别与8个以上的QTL紧密连锁。在Pop45中,有90个标记分别与150个QTL紧密连锁,尤其有4个分子标记(BNL1434、DPL0444、GH132和HAU1980b)分别与5个以上的QTL紧密连锁。(9)新发现的QTL:通过与前人的研究结果相比较,在Pop36检测到的162个QTL中,发现有91个QTL与前人研究结果相同或相似,位于相同的染色体区段上,其中产量相关QTL有47个,纤维品质相关QTL有44个。在Pop45检测到的150个QTL中,有71个QTL与前人研究结果相同或相似,位于相同的染色体区段上,其中产量相关QTL有33个,纤维品质相关QTL有38个。在Pop36中有71个QTL为新发现的QTL,在Pop45中有79个QTL为新发现的QTL。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S562

【参考文献】