【摘要】：棉花是世界上重要的經(jīng)濟作物和棉紡織工業(yè)原料,生產(chǎn)上以陸地棉與海島棉兩個栽培種為主,其中陸地棉占世界棉花總產(chǎn)的95%。近年來,由于陸地棉品種遺傳多樣性低,遺傳基礎(chǔ)狹窄,其產(chǎn)量與纖維品質(zhì)改良的難度加大,如何擴大陸地棉品種的遺傳基礎(chǔ)成為遺傳研究的重要課題。海島棉是棉屬的1個四倍體栽培種,具有纖維品質(zhì)優(yōu)良、抗病性強等特點,將海島棉的優(yōu)異基因轉(zhuǎn)移到陸地棉中以拓寬陸地棉品種的遺傳基礎(chǔ),長期以來都是棉花研究的重要方向。陸地棉染色體片段代換系(Chromosome segment substitution lines,CSSLs)是指在陸地棉的遺傳背景中導入1個或幾個小的海島棉染色體片段,從而形成一系列的近等基因系。由于其具有遺傳背景清晰、性狀穩(wěn)定等特點,在水稻、玉米、番茄等作物上的應(yīng)用十分廣泛,日益成為作物數(shù)量遺傳、雜種優(yōu)勢利用與基因聚合育種等研究領(lǐng)域的理想工具。本研究以2套陸地棉染色體片段代換系為材料,按雙列雜交和單交方式分別配制F_1,在多個環(huán)境下考察產(chǎn)量及纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的綜合表現(xiàn),采用統(tǒng)計分析、ADE遺傳模型以及分子標記分析等方法,探討代換系各性狀的綜合表現(xiàn)及相關(guān)關(guān)系,在多環(huán)境下分析其遺傳特性并鑒定產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀的主效QTL,明確片段代換系產(chǎn)量及纖維品質(zhì)性狀的遺傳特性,為代換系的進一步利用提供理論依據(jù),并為進一步開展相關(guān)QTL的精細定位和分子標記輔助選擇(MAS)奠定基礎(chǔ)。本文主要研究結(jié)果如下:(1)雜種優(yōu)勢表現(xiàn):在兩個遺傳背景不同的群體中,其F_1的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)也大體一致。鈴重、鈴數(shù)、子棉與皮棉產(chǎn)量的群體平均優(yōu)勢相對較大,衣分、子指、纖維長度、比強度與馬克隆值的群體平均優(yōu)勢相對較小,而株高、果枝數(shù)、整齊度與伸長率的群體平均優(yōu)勢在不同群體中存在差異。鈴重、鈴數(shù)、子棉與皮棉產(chǎn)量的群體超親優(yōu)勢相對較大,衣分相對較小且存在背景差異,其它性狀的群體超親優(yōu)勢不明顯或為負值。(2)遺傳效應(yīng):不同背景(中棉所36或中棉所45)代換系群體的遺傳表現(xiàn)大體一致,產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀受到遺傳主效應(yīng)以及遺傳與環(huán)境互作效應(yīng)的共同影響,其中鈴重、鈴數(shù)、子棉與皮棉產(chǎn)量以顯性效應(yīng)為主,衣分與子指以加性效應(yīng)為主,株高與果枝數(shù)受環(huán)境影響較大。馬克隆值與整齊度以遺傳效應(yīng)為主,纖維長度、比強度與伸長率的遺傳與環(huán)境互作效應(yīng)較大。衣分與子指的狹義遺傳率較高,早期世代選擇能獲得較好的預期效果。鈴重、子棉與皮棉產(chǎn)量的廣義遺傳率較高,受環(huán)境影響相對較大,直接選擇結(jié)果不大可靠。株高、鈴數(shù)、子棉與皮棉產(chǎn)量的互作廣義遺傳率相對較高,在特定環(huán)境條件下可利用雜種優(yōu)勢。纖維長度、馬克隆值與比強度的狹義遺傳率與廣義遺傳率均相對較高,在早期世代選擇相對可行。(3)單交群體各性狀的綜合表現(xiàn):在以中棉所36或中棉所45為背景的染色體片段代換系中,其親本與F_1在產(chǎn)量及纖維品質(zhì)性狀上均存在豐富的遺傳變異,且F_1存在著明顯的中親優(yōu)勢,尤其表現(xiàn)在產(chǎn)量性狀上,環(huán)境間的變化趨勢基本一致。在產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀上,均存在部分表現(xiàn)突出的親本與F_1,其在遺傳改良與育種應(yīng)用中具有廣闊前景。(4)產(chǎn)量與纖維品質(zhì)的相關(guān)分析:產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀的相關(guān)性均較弱,且因群體背景和材料類型不同而略有差別,二者存在同步改良的可能性。因群體背景、材料類型以及環(huán)境條件不同,產(chǎn)量構(gòu)成因素與皮棉產(chǎn)量的相互關(guān)系存在較大差異。(5)QTL定位的總體結(jié)果:在Pop36中共檢測到162個QTL,分布在26條染色體上(整個染色體組),其中產(chǎn)量相關(guān)QTL有101個,單個QTL解釋的表型變異為7.04%~16.39%,有12個QTL在2個以上環(huán)境中檢測到。纖維品質(zhì)QTL有61個,單個QTL解釋的表型變異為7.02%~35.48%,其中有22個QTL在2個以上環(huán)境中檢測到。在Pop45中共檢測到150個QTL,分布在26條染色體上,其中產(chǎn)量相關(guān)QTL有82個,單個QTL解釋的表型變異為6.31%~15.29%,有20個QTL在2個以上環(huán)境中檢測到,纖維品質(zhì)QTL有68個,單個QTL解釋的表型變異為6.68%~23.44%,其中有16個QTL在2個以上環(huán)境中檢測到。(6)穩(wěn)定存在的QTL:在Pop36中有34個QTL被重復檢測到,其中q FS-20-14在5個環(huán)境中被檢測到,q FS-7-9、q FS-14-17、q FS-22-1和q FL-7-9在4個環(huán)境中被檢測到,q FL-7-5、q FL-13-6、q FL-22-1、q FM-14-9和q SI-14-17在3個環(huán)境中被檢測到,其它24個QTL在2個環(huán)境中被檢測到。上半部平均長度、斷裂比強度、鈴數(shù)、馬克隆值和伸長率等5個性狀的重復QTL最多,均在3個以上。在Pop45中有36個QTL被重復檢測到,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個環(huán)境中被檢測到,其余27個QTL在2個環(huán)境中被檢測到。上半部平均長度、馬克隆值、鈴數(shù)、子棉和皮棉產(chǎn)量等5個性狀的重復QTL最多,均在4個以上。(7)增效基因的來源:在Pop36中,產(chǎn)量性狀QTL的增效基因主要來自于中棉所36,所占總體的比例為63.4%;纖維品質(zhì)性狀QTL的增效基因主要來自于海1,所占總體的比例為59.0%。在Pop45中,產(chǎn)量性狀和纖維品質(zhì)性狀QTL的增效基因分別來自于海1和中棉所45,總體所占比例大致相當。(8)緊密連鎖的分子標記:結(jié)果表明,2個代換系群體均存在多個QTL的緊密連鎖或成簇分布現(xiàn)象。在Pop36中,有79個標記分別與162個QTL緊密連鎖,尤其有3個標記(NAU1085、HAU0883a和TMB1125)分別與8個以上的QTL緊密連鎖。在Pop45中,有90個標記分別與150個QTL緊密連鎖,尤其有4個分子標記(BNL1434、DPL0444、GH132和HAU1980b)分別與5個以上的QTL緊密連鎖。(9)新發(fā)現(xiàn)的QTL:通過與前人的研究結(jié)果相比較,在Pop36檢測到的162個QTL中,發(fā)現(xiàn)有91個QTL與前人研究結(jié)果相同或相似,位于相同的染色體區(qū)段上,其中產(chǎn)量相關(guān)QTL有47個,纖維品質(zhì)相關(guān)QTL有44個。在Pop45檢測到的150個QTL中,有71個QTL與前人研究結(jié)果相同或相似,位于相同的染色體區(qū)段上,其中產(chǎn)量相關(guān)QTL有33個,纖維品質(zhì)相關(guān)QTL有38個。在Pop36中有71個QTL為新發(fā)現(xiàn)的QTL,在Pop45中有79個QTL為新發(fā)現(xiàn)的QTL。
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【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S562

【參考文獻】

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本文編號：2317784