本文關鍵詞： 陸地棉 EcoTILLING 關聯(lián)分析 纖維品質 纖維產量 復等位基因發(fā)掘　出處：《南京農業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：棉花是重要的纖維作物,也是重要的油料作物。陸地棉是目前全球種植面積中最為廣泛的棉種,具有較豐富的遺傳變異。從基因序列水平上對陸地棉種質資源進行遺傳多樣性分析及其與性狀的關聯(lián)分析,可以發(fā)掘棉纖維發(fā)育相關優(yōu)異復等位基因,為育種進行親本篩選、優(yōu)化組配及后代選擇提供理論指導。本研究從中國農科院棉花所國家中期種質庫中選取有代表性的277份陸地棉創(chuàng)新種質,根據(jù)其來源,分為中國(三個主產棉區(qū):北部和西北部地區(qū)28個,長江流域48個和黃河流域133個),美洲(50個)及其它地區(qū)品種(18個)。以陸地棉遺傳標準系TM-1為對照,利用陸地棉全基因組分布的微衛(wèi)星標記(simple sequence repeat, SSR)對該自然群體進行遺傳多樣性、群體結構和連鎖不平衡進行分析;完善并利用EcoTILLING技術進行纖維發(fā)育相關的52個基因或啟動子序列的單核苷酸多態(tài)性(SNP)分析;利用獲得的SNP位點與棉纖維產量和品質性狀進行關聯(lián)分析,以發(fā)掘棉纖維發(fā)育相關基因的優(yōu)異等位變異。主要研究結果如下:1.利用分布于全基因組的258個陸地棉多態(tài)性SSR標記,對來自5個生態(tài)區(qū)域的277份陸地棉材料進行全基因組掃描,進行遺傳多樣性研究。結果顯示,陸地棉材料多樣性指數(shù)較高的地區(qū)為美洲地區(qū)(0.2805)和中國黃河流域(0.2801 ),多樣性指數(shù)最低的地區(qū)為中國西部和北部地區(qū)品種(0.2381),預示著美洲地區(qū)和中國黃河流域地區(qū)的陸地棉具有較為豐富的遺傳變異。2.利用普通DNA聚合酶和巢式PCR提高了檢測功效及序列擴增特異性,進一步優(yōu)化了棉花高通量的EcoTILLING檢測程序。利用優(yōu)化了的EcoTILLING技術開展了棉纖維發(fā)育相關的52個重要基因及部分基因的啟動子序列的SNP分析。結果顯示,23個基因及部分啟動子的序列存在57個SNPs,位于編碼區(qū)的SNPs有26個,其中非同義突變SNPs為12個,經SIFT分析可知,4個非同義突變可能嚴重影響棉纖維細胞編碼蛋白質的功能。3.使用分布于全基因組的258個SSR標記,分析了 277份陸地棉材料的群體結構,結果表明,該群體由2個亞群組成。采用包含QTL上位性和QTL與環(huán)境互作效應的經驗貝葉斯關聯(lián)分析方法,對纖維產量及品質、種子性狀的11個性狀進行SNP標記的關聯(lián)分析,結果表明,23個基因的33個SNP與10個性狀顯著相關,共發(fā)現(xiàn)10個主效QTNs (quantitative trait nucleotides)位點,125個上位性QTNs位點,各關聯(lián)位點與表型變異的解釋率為0.25~12.53%。產量性狀中,與衣分顯著關聯(lián)的上位性位點,以GhSus5Dt-C2648G × HOX3At-G2640A的表型變異解釋率為最大,達到12.23%;與單鈴重顯著關聯(lián)的上位性位點,以WLIM1aDt-T700G × -T1815C的表型變異解釋率為最大,達到9.03%;與單株鈴數(shù)顯著關聯(lián)的上位性位點為GhSus1At-A918G ×CesA2Dt-A5290T,表型變異解釋率為0.71%;與籽指顯著關聯(lián)的上位性位點,以GhSus1Dt-G2709C×HOX3At-G2640A的表型變異解釋率為最大,達到7.62%。纖維品質中,與纖維強度顯著關聯(lián)的上位性位點,以WLIM1aAt-C1667T×MYB25-LIKEAt-T2413G的表型變異解釋率為最大,達到12.53%;與馬克隆值顯著關聯(lián)的上位性位點,以GhSus1Dt-G2709C × GhSus8Dt-C577T的表型變異解釋率為最大,達到1.87%;與纖維長度顯著關聯(lián)的上位性位點,以GhSus8Dt-T1334C×GhHD1At-T1815C的表型變異解釋率為最大,達到5.12%;與整齊度顯著關聯(lián)的位點,以位點CesA2Dt-A4462T × MYB25-LIKEAt-T2413G的表型變異解釋率為最大,達到1.91%。棉籽相關性狀中,與棉籽油分顯著關聯(lián)的位點,以HOX3At-C2439T X F3HAt-C1567T的表型變異解釋率為最大,達到2.31%;與棉籽蛋白含量顯著關聯(lián)的位點,以GhHD1Dt-C199A X MYB25-LIKEAt-T2413G的表型變異解釋率為最大,達到3.26%。與前人QTL連鎖定位結果比較,發(fā)現(xiàn)46個SNP位于74個定位的QTLs物理位置區(qū)間內。對與性狀關聯(lián)位點的等位變異作進一步遺傳效應解析,分析得到69個等位變異對10個性狀具有增效作用,其中,對衣分效應最大的位點為GhSus5Dt-2648G×HOX3At-2640A,效應值為1.8;對纖維長度效應最大的位點為WLIM1aAt-1667T×POD2At-963T,效應值為0.65:對馬克隆值效應最大的位點為GhSus1Dt-G2709C×GhSus8Dt-C577T,效應值為0.08,對馬克隆值改良有不良作用;對整齊度和纖維強度效應最大的位點都為WLIM1aAt-1667T × MYB25-LIKEAt-2413G,效應值分別為0.18和0.45;對單鈴重效應最大的位點為WLIM1aDt-700G×GhHD1At-1815C,效應值為0.13;對單株鈴數(shù)效應最大的位點為GhSus1At-918G × CesA2Dt-5290T,效應值為0.32;對籽指效應最大的位點為GhSus1Dt-2709G×HOX3At-2640G,效應值為0.26;對棉籽蛋白含量效應最大的位點為GhSus3At-881T×CesA2Dt-5290A,效應值為0.51;對棉籽油分效應最大的位點為GhSus6At-4655C,效應值為0.49。這些等位變異可為選育高產和高品質棉纖維材料提供有效的參考。4.關聯(lián)分析顯示,蔗糖合酶基因家族GhSus1At、GhSus1Dt、GhSus3At、GhSus4Dt、GhSus5Dt、GhSus6At、GhSus7Dt及GhSus8Dt的SNP位點與棉纖維品質、產量和棉籽等相關性狀相關聯(lián),其中13個SNP與纖維品質顯著關聯(lián);RNA-seq分析顯示該家族基因也在伸長階段都(3~23DPA)具有相對較高的基因表達量,預示蔗糖合酶家族基因可能是纖維發(fā)育和棉籽發(fā)育的重要基因,為后續(xù)進一步研究蔗糖合酶家族基因功能及其在育種中利用提供參考。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S562

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