本文關鍵詞：陸地棉遺傳圖譜的構建及其重要農(nóng)藝性狀的QTL定位，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：棉花是世界上最重要的經(jīng)濟作物之一,提供了最大量的天然紡織纖維。在四個主要的栽培棉種中,陸地棉由于其產(chǎn)量高和纖維品質較為優(yōu)良,目前是世界范圍內種植面積最大的棉花栽培種。陸地棉是異源四倍體,基因組結構比較復雜,導致通過常規(guī)育種方法同時提高產(chǎn)量和改良纖維品質十分困難。隨著分子標記技術和高通量測序技術的廣泛應用,為棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質的新品種的培育起到巨大的推動作用。本研究利用分子標記和高通量測序技術,主要開展以下兩個方面的工作,為陸地棉基因組的研究以及品種的改良提供研究基礎:(1)利用RAD-seq技術基于雙親本開發(fā)分子標記用于陸地棉F2群體遺傳圖譜的加密;(2)陸地棉重組自交系群體遺傳圖譜的構建及產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的QTL定位。1.利用RAD-seq技術基于雙親本開發(fā)分子標記用于陸地棉F2群體遺傳圖譜的加密通過RAD-seq技術對兩個陸地棉品種DH962和冀棉5號進行測序,DH962得到了62.46百萬條原始reads,經(jīng)過對測序結果原始序列進行過濾,得到大概5.15Gb的clean reads;冀棉5號得到61.27百萬條原始reads,經(jīng)過對測序結果原始序列進行過濾,得到大概5.18Gb的clean reads,兩個品種GC含量分別為34.00%和34.17%。利用Velvet對兩個品種的序列進行拼接,DH962得到178157條contigs,總堿基數(shù)為55.27Mb,平均長度為310.2bp。冀棉5號得到181422條contigs,總堿基數(shù)為57.06Mb,平均長度為314.5bp。通過對兩親本間的序列對比分析,分別設計得到了1323對SSR引物、3838對In Del引物和9366對SNP引物。SSRs、In Dels和SNPs的頻率是1/10.58kb、1/18.46kb、1/6.55kb,SNP中轉換和顛換的比例為1.76。將14433條包含引物的contigs和亞洲棉(A2)、雷蒙德氏棉(D5)的基因組序列進行BLAST比對,發(fā)現(xiàn)6995條contigs能夠均勻地錨定到A2基因組的13條染色體上,7108條contigs能夠均勻地錨定到D5基因組的13條染色體上。同時經(jīng)過驗證,SSR引物在海陸種間群體中使用效率更高,而In Dels和SNPs在陸地棉種內群體中使用效果更好。研究結果說明RAD-seq技術是一種經(jīng)濟有效的用于棉花分子標記開發(fā)的方法。然后以陸地棉DH962和冀棉5號為親本,構建了一個包含137個單株的陸地棉F2群體。從本實驗已經(jīng)構建的一張高密度海陸種間BC1遺傳圖譜上挑選1869對引物,用于兩親本的篩選,其中187對引物在親本間有多態(tài)性,得到192個多態(tài)性位點。同時從RAD-seq技術得到的引物中,得到了165個多態(tài)性位點。匯總本實驗室林忠旭老師和付遠志師姐以前得到的684個多態(tài)性位點,經(jīng)過連鎖分析構建了一張包含1013個位點,長3004.71c M,標記間平均距離為2.97c M的陸地棉種內遺傳圖譜。利用這張密度增加的遺傳圖譜對該群體的性狀重新定位,發(fā)現(xiàn)隨著圖譜密度的增加,QTL檢測的效率得到極大地提高。將陸地棉遺傳圖譜上面的562個(SRAP標記沒有利用)能查找到序列的引物和亞洲棉(A2)、雷蒙德氏棉(D5)的基因組序列進行共線性分析。結果顯示除了Chr2和Ga2,Chr5和Ga10,Chr10和Ga9之間,AT和A2基因組大部分相對應的染色體之間具有很好的共線性。Ga2和Ga10之間發(fā)生相互交換,同時一些Ga13的片段導入到了Gh10中,Ga1和Ga5的一些片段導入到了Gh2中。而DT和D5基因組的序列分析發(fā)現(xiàn)兩者對應的染色體之間都具有很好的共線性,基本上沒有出現(xiàn)染色體間的交叉。同時在其他同源性較好的對應染色體之間,有4條沒有錨定到A2基因組染色體上的scaffolds匹配到相應染色體上的標記位點。HAU-DJ-S078匹配到scaffold7300,NAU2687匹配到scaffold3678,HAU-DJ-S168匹配到scaffold1365,NBRI_HQ527767匹配到scaffold4507。本研究對于研究異源四倍體基因組結構以及起源和進化具有重要的意義。2.陸地棉重組自交系群體遺傳圖譜的構建及產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的QTL定位以陸地棉DH962和冀棉5號為親本,構建了一個包含178個家系的陸地棉重組自交系群體。從本研究得到的F2遺傳圖譜中挑選了所有的SSR、In Del、SNP引物用于重組自交系群體遺傳圖譜的構建。最終得到一張包含616個位點,全長2016.44c M,標記間平均距離3.27c M的陸地棉種內遺傳圖譜。該圖譜包含59個連鎖群,53個連鎖群分布在24條染色體上,兩個大的連鎖群上的大部分標記定位到了同源染色體上,很難區(qū)分開來,4個連鎖群未能定位到染色體上。連鎖群位點數(shù)目為2-58個,遺傳距離為1.88-104.57c M。通過分析,22.36%的位點發(fā)生偏分離(P0.05),然后對前人發(fā)表的研究統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)陸地棉種內群體的偏分離情況比海陸種間群體嚴重。該群體在6年8環(huán)境下進行種植調查產(chǎn)量和纖維品質相關性狀。數(shù)據(jù)顯示,兩親本間除了籽指和衣指外,其他纖維品質和產(chǎn)量等相關性狀均存在顯著差異。重組自交系群體的各個性狀均呈現(xiàn)正態(tài)分布,表明該群體適合進行QTL定位。基于重組自交系6年的產(chǎn)量和纖維品質相關性狀數(shù)據(jù)的方差分析結果,發(fā)現(xiàn)除了籽指外,其它產(chǎn)量和纖維品質等相關性狀都受到極顯著環(huán)境因素影響;所有性狀受到極顯著遺傳因素影響。通過計算廣義遺傳率,發(fā)現(xiàn)陸地棉的產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的遺傳穩(wěn)定性相對較低。同時,遺傳相關性分析揭示產(chǎn)量和纖維品質各個性狀之間存在著復雜的相關性。纖維長度和纖維強度、纖維整齊度之間存在極顯著正相關關系,和馬克隆值、纖維伸長率、單鈴皮棉重、衣分、單株鈴數(shù)以及衣指之間存在顯著負相關關系。纖維強度和纖維長度、纖維整齊度以及籽指之間存在顯著正相關關系,和馬克隆值、纖維伸長率、單鈴皮棉重、衣分、單株鈴數(shù)以及衣指存在顯著負相關關系。除了籽指和衣分存在顯著負相關關系,單鈴籽棉重和單株鈴數(shù)之間,以及籽指和衣指之間負相關以外,其他產(chǎn)量性狀之間都存在正相關關系。經(jīng)過復合區(qū)間作圖法分析,一共檢測到134個QTL,分別位于21條染色體和4個連鎖群上,其中70個與纖維品質相關,64個與產(chǎn)量性狀相關,解釋表型變異4.40-15.28%,LOD值為2.50-6.66。分別有10、18、13、16、7、19、20、13、14、2和2個QTL與纖維長度、強度、馬克隆值、伸長率、整齊度、單鈴籽棉重、單鈴皮棉重、衣分、單株鈴數(shù)、籽指和衣指相關。有9個QTL可以在至少兩個環(huán)境中檢測到,其中5個和纖維品質性狀相關,4個和產(chǎn)量性狀相關。通過整合分析,檢測到26個QTL熱點區(qū)域分布在13條染色體和2個連鎖群上,除去9個多環(huán)境檢測到的QTL,17個QTL熱點區(qū)域分別和產(chǎn)量或纖維品質相關。同時也檢測到了很多QTL簇分布在15條染色體和2個連鎖群上。這些QTL位點的檢測為棉花產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的QTL精細定位及圖位克隆奠定了堅實的基礎。
【關鍵詞】：陸地棉 RAD-seq SSR In Del SNP 遺傳圖譜 重組自交系 纖維品質 產(chǎn)量 QTL定位
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S562
【目錄】：

• 摘要8-11
• Abstract11-16
• 第一章 文獻綜述16-36
• 1.1 棉花發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.2 遺傳標記技術17-19
• 1.2.1 遺傳標記的發(fā)展17
• 1.2.2 DNA分子標記17
• 1.2.3 主要DNA分子標記的簡介及其特點17-19
• 1.2.3.1 基于分子雜交技術的分子標記17-18
• 1.2.3.2 基于PCR技術的分子標記18-19
• 1.2.3.3 基于測序技術的分子標記19
• 1.3 高通量測序技術19-22
• 1.3.1 高通量測序技術的發(fā)展19-20
• 1.3.2 基于高通量測序技術開發(fā)分子標記20-22
• 1.3.2.1 基于全基因組重測序開發(fā)分子標記21
• 1.3.2.2 基于簡化基因組測序開發(fā)分子標記21-22
• 1.3.2.3 基于轉錄組測序開發(fā)分子標記22
• 1.4 棉花遺傳連鎖圖譜的構建22-28
• 1.4.1 作圖群體23-24
• 1.4.1.1 初級作圖群體23
• 1.4.1.2 次級作圖群體23-24
• 1.4.1.3 自然群體24
• 1.4.2 棉花遺傳連鎖圖譜的研究進展24-28
• 1.4.2.1 海島棉和陸地棉種間群體遺傳連鎖圖譜研究進展24-26
• 1.4.2.2 陸地棉種內群體遺傳連鎖圖譜研究進展26-28
• 1.5 QTL定位28-35
• 1.5.1 QTL定位原理和方法28
• 1.5.2 棉花QTL定位研究進展28-35
• 1.5.2.1 棉花產(chǎn)量QTL定位研究28-30
• 1.5.2.2 棉花纖維品質 QTL 定位30-33
• 1.5.2.3 棉花抗病QTL定位33-34
• 1.5.2.4 棉花形態(tài)學、生理性狀QTL定位34-35
• 1.6 本研究目的和意義35-36
• 第二章 利用 RAD-seq 技術基于雙親本開發(fā)分子標記用于陸地棉 F_2 群體遺傳圖譜的加密36-76
• 2.1 前言36-37
• 2.2 材料和方法37-43
• 2.2.1 實驗材料和 DNA 提取37
• 2.2.2 構建RAD文庫及高通量測序37-38
• 2.2.3 序列過濾及組裝38
• 2.2.4 序列注釋38
• 2.2.5 SSR、InDel和SNP引物的開發(fā)38-40
• 2.2.6 去除冗余的SSRs40
• 2.2.7 基于兩個材料之間去除冗余及引物的合成40-41
• 2.2.8 海陸種間遺傳圖譜上挑選引物41
• 2.2.9 PCR擴增及基因型分析及記錄方法41-42
• 2.2.10 偏分離標記檢測42
• 2.2.11 遺傳圖譜構建及QTL定位42-43
• 2.3 結果與分析43-69
• 2.3.1 DH962 和冀棉5號RAD-seq測序結果分析43-45
• 2.3.2 陸地棉序列集Gh-D-J的GO分析45-46
• 2.3.3 SSR 標記的開發(fā)及其特點46-49
• 2.3.4 In Del標記的開發(fā)及其特點49-50
• 2.3.5 SNP標記的開發(fā)及其特點50-51
• 2.3.6 包含引物的contigs進行in silico mapping51-53
• 2.3.7 基于 RAD 開發(fā)標記在陸地棉種內的多態(tài)性分析53
• 2.3.8 基于RAD開發(fā)標記在陸地棉和海島棉種間的多態(tài)性分析53
• 2.3.9 從海陸種間圖譜上挑選的引物多態(tài)性情況53-54
• 2.3.10 標記偏分離情況統(tǒng)計54
• 2.3.11 陸地棉遺傳圖譜的構建54-56
• 2.3.12 陸地棉F2 群體產(chǎn)量和纖維品質的QTL定位56
• 2.3.13 陸地棉和亞洲棉、雷蒙德氏棉比較基因組學研究56-69
• 2.4 討論69-76
• 2.4.1 RAD-seq測序結果分析69-70
• 2.4.2 陸地棉序列的功能分析70-71
• 2.4.3 RAD開發(fā)引物序列的在基因組上的分布71
• 2.4.4 基因組SSR的分析71-72
• 2.4.5 RAD-seq開發(fā)SNP的效率72
• 2.4.6 RAD-seq開發(fā)引物的驗證72-73
• 2.4.7 海陸種間遺傳圖譜上挑選的引物在陸地棉種內的多態(tài)性分析73
• 2.4.8 遺傳圖譜分析73-74
• 2.4.9 遺傳圖譜密度對檢測QTL的效率的分析74
• 2.4.10 陸地棉和亞洲棉、雷蒙德氏棉基因組的同源性分析74-76
• 第三章 陸地棉重組自交系群體遺傳圖譜的構建及產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的 QTL 定位76-124
• 3.1 前言76
• 3.2 材料和方法76-79
• 3.2.1 實驗材料和基因組DNA提取76-77
• 3.2.2 田間種植和群體性狀調查77
• 3.2.3 引物的挑選、PCR擴增和基因型分析77
• 3.2.4 偏分離標記檢測77-78
• 3.2.5 遺傳圖譜構建78
• 3.2.6 性狀正態(tài)檢驗、廣義遺傳率計算、相關分析及QTL定位78
• 3.2.7 共區(qū)間QTL的整合分析78-79
• 3.3 結果與分析79-117
• 3.3.1 遺傳圖譜的構建79-81
• 3.3.2 偏分離情況統(tǒng)計81
• 3.3.3 兩親本以及群體間的性狀統(tǒng)計描述81-91
• 3.3.4 產(chǎn)量和纖維品質性狀方差分析91-92
• 3.3.5 產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的廣義遺傳率92-93
• 3.3.6 產(chǎn)量和纖維品質的遺傳相關性分析93
• 3.3.7 棉花產(chǎn)量和纖維品質相關性狀的QTL定位93-96
• 3.3.7.1 纖維品質相關性狀的QTL定位94-95
• 3.3.7.2 產(chǎn)量相關性狀的QTL定位95-96
• 3.3.8 QTL共聚現(xiàn)象96-117
• 3.4 討論117-124
• 3.4.1 標記偏分離情況分析117-118
• 3.4.2 QTL共聚現(xiàn)象的分析118
• 3.4.3 不同研究間共同QTL的分析118-120
• 3.4.4 棉花QTL定位研究中的難點120-124
• 參考文獻124-144
• 研究生期間發(fā)表論文情況144-145
• 致謝145-147

【參考文獻】

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本文編號：349666