【摘要】：陸地棉為世界紡織業(yè)提供了最多的天然纖維,是我國最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。生育期、株型、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)等是陸地棉重要的農(nóng)藝性狀,關(guān)乎到棉花的經(jīng)濟(jì)價值和生產(chǎn)方式。這些性狀為復(fù)雜的數(shù)量性狀,受到微效多基因的控制,通過傳統(tǒng)的育種方法很難改良。解析這些性狀的遺傳基礎(chǔ)對實(shí)現(xiàn)高效的陸地棉分子育種具有重要意義。關(guān)聯(lián)分析作為近年來發(fā)展起來的一種檢測QTL的高效手段,被得到廣泛應(yīng)用。本研究主要基于兩個群體關(guān)聯(lián)分析解析陸地棉生育期、株型、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀的遺傳基礎(chǔ)。1基于503份種質(zhì)資源全基因組關(guān)聯(lián)分析解析陸地棉重要農(nóng)藝性狀的遺傳基礎(chǔ)本研究廣泛收集了中國國內(nèi)的503份陸地棉種質(zhì)資源,這些種質(zhì)資源主要包括國內(nèi)的5個主要棉區(qū)的栽培品種以及美國和前蘇聯(lián)引進(jìn)的品種。利用CottonSNP63K芯片以及一張已發(fā)表的基于該芯片構(gòu)建的高密度遺傳圖譜對503份材料進(jìn)行基因分型,篩選獲得了11975個高質(zhì)量的多態(tài)性SNP。群體的多態(tài)性系數(shù)和遺傳多樣性系數(shù)均值分別為0.332和0.391。通過估算群體的連鎖不平衡水平,發(fā)現(xiàn)LD衰減距離為6.1cM(r~2=0.1)。經(jīng)過STRUCTURE模擬、PCA分析和繪制N-J進(jìn)化樹,將503種質(zhì)資源劃分成了3個明顯的亞群�？疾飓@取了503份種質(zhì)材料8個環(huán)境共16個重要農(nóng)藝性狀的表型值。利用11975個SNP標(biāo)記和BLUP后的表型值,選擇能夠很好地控制假陽性的混合線性模型MLM(Q+K)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析。16性狀共檢測到324個顯著關(guān)聯(lián)的SNPs,解釋率范圍為3.17%-9.04%。參考LD衰減距離將324個顯著關(guān)聯(lián)到的SNPs劃分為160個QTLs,其中有7個QTLs在最近的研究中被報(bào)道。有28個QTL區(qū)間和11個處于連鎖的QTLs與多個性狀關(guān)聯(lián),表現(xiàn)出位點(diǎn)或基因的多效性,通過繪制QTL網(wǎng)絡(luò)圖展示了性狀與QTL之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。此外,參考基因組織表達(dá)信息和已報(bào)道基因的功能,分別篩選出了336和18個可能的候選基因。在一個LD衰減較快的位點(diǎn)上,鑒定到了一個可能跟LP相關(guān)的候選基因(Gh_D08G2376)。2基于8親本MAGIC群體的關(guān)聯(lián)分析解析陸地棉重要性狀的遺傳基礎(chǔ)構(gòu)建了一個8親本的陸地棉MAGIC群體,群體大小為960個株系(MLs)。MAGIC群體及親本在2013-2015年共進(jìn)行了5個環(huán)境的表型實(shí)驗(yàn),考察了14個重要農(nóng)藝性狀。性狀的的遺傳力在PMs和MLs中的變化范圍分別為0.11-0.87和0.17-0.85。比較表型的變異范圍,發(fā)現(xiàn)單環(huán)境和BLUP的表型值中,MLs的變異范圍都高于PMs,說明MLs比PMs的表型變異更豐富。在研究前期,利用PMs從本實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的高密度的陸地棉-海島棉遺傳圖譜上篩選獲得284個高質(zhì)量且多態(tài)性好的SSR標(biāo)記�；�284個SSR標(biāo)記對MLs進(jìn)行基因分型。SSR標(biāo)記遺傳多樣性系數(shù)在PMs和MLs中的平均表現(xiàn)為0.415和0.463,MLs的遺傳變異比親本豐富。此外,通過PCA分析發(fā)現(xiàn)MAGIC群體沒有明顯的群體結(jié)構(gòu)。估算MAGIC群體的LD水平,衰減距離為0.76cM(r~2=0.1)。利用忽略群體結(jié)構(gòu)干擾的混合線性模型MLM(K)將14個性狀BLUP的值與SSR標(biāo)記關(guān)聯(lián),在p0.01水平上檢測到139個顯著關(guān)聯(lián)的SSR標(biāo)記。顯著位點(diǎn)的解釋率范圍為0.71%-7.23%。139個位點(diǎn)覆蓋了96個SSR標(biāo)記,有40個標(biāo)記在前人的研究中被報(bào)道,6個被報(bào)道的結(jié)果與本研究結(jié)果一致。另外有26個SSR標(biāo)記同時關(guān)聯(lián)到多個性狀,表現(xiàn)出位點(diǎn)多效性。此外,我們發(fā)現(xiàn)了9個熱點(diǎn)位點(diǎn),這對后續(xù)的遺傳研究和指導(dǎo)育種具有非常重要的價值。為了深度對MAGIC群體進(jìn)行基因分型,基于表型和219對SSR標(biāo)記挑選出了一個較小的MAGIC群體(SMLs),群體包含372株系。在2016年增加了一個地點(diǎn)的SMLs的表型試驗(yàn)。利用SLAF-seq技術(shù)對PMs和SMLs進(jìn)行基因分型獲得60495個SNPs。估算SMLs的連鎖不平衡水平,當(dāng)r~2衰減到0.1時,LD衰減距離為600kb。利用SNP基因分型數(shù)據(jù)和SMLs的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析。14個性狀6個單環(huán)境和BLUP的表型數(shù)據(jù)共檢測到975個顯著關(guān)聯(lián)的SNP,覆蓋400個QTLs,對表型變異的解釋率范圍為5.08%-53.80%,平均值為11.01%。其中有30個QTLs在多個環(huán)境中被檢測到,另外有88個QTL區(qū)表現(xiàn)出位點(diǎn)多效性。參考組織表達(dá)模式數(shù)據(jù)庫,在144QTL區(qū)間內(nèi)篩選到了271個相關(guān)組織特異表達(dá)的基因,此外鑒定到18個功能已知的基因位于相關(guān)性狀的QTL區(qū)間內(nèi),這些基因可以作為候選基因。
【圖文】：

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 屆博士研究生學(xué)位（畢業(yè)）論文廣有效遏制了當(dāng)時棉鈴蟲大爆發(fā)，不僅保住了棉花產(chǎn)量，同時降低了打農(nóng)藥所帶來的成本和環(huán)境污染。近年來，我國棉花的主產(chǎn)地從長江和黃河流域轉(zhuǎn)向西北內(nèi)陸地區(qū)，該地區(qū)緯度和海拔相對較高，降雨量相對較少，培育早熟、抗旱耐高溫、耐鹽堿和適應(yīng)機(jī)械化收獲的品種，配套實(shí)施膜下滴灌等技術(shù)，成為保證該地區(qū)棉花生產(chǎn)的主要策略。

圖 2 基因組學(xué)輔助作物改良育種中的群體及方法（Bohra 2013）Fig. 2 The populations and methods used in genomics-based crop improvement (Bohra2013)1.3.2 關(guān)聯(lián)分析關(guān)聯(lián)分析又稱關(guān)聯(lián)作圖（Association mapping），基于連鎖不平衡（LD，linkagedisequilibrium）將目標(biāo)性狀與相關(guān)的遺傳標(biāo)記或基因進(jìn)行關(guān)聯(lián)，，根據(jù) LD 水平可以鎖定控制目標(biāo)性狀的候選區(qū)間甚至候選基因。在高通量的遺傳標(biāo)記基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)全基因組高密度覆蓋位點(diǎn)掃描的全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome wideassociation study，GWAS），檢測到的 QTL 位點(diǎn)可達(dá)到單核苷酸水平，即數(shù)量性
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S562


本文編號：2690111