摘 要：為消除遺傳背景的干擾，深入剖析陸地棉遺傳背景下滲入的海島棉Chromsome 7 （Chr.7） 片段對(duì)優(yōu)異纖維性狀的遺傳貢獻(xiàn)，本研究從（魯棉研22 × 魯原343）重組自交系中選擇攜帶海島棉Chr.7染色體片段的優(yōu)質(zhì)次級(jí)漸滲系R472作親本，與高產(chǎn)親本魯棉研22回交，構(gòu)建了包含514個(gè)F2單株的次級(jí)定位群體。利用JoinMap構(gòu)建Chr.7的遺傳圖譜，運(yùn)用基于混合線性模型的QTLNetwork-2.2軟件和基于多元回歸模型的Windows QTL Cartographer 2.5軟件對(duì)纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行QTL定位，結(jié)果顯示，利用Windows QTL Cartographer 2.5檢測(cè)到1個(gè)纖維強(qiáng)力QTL （qFS-C7-1），距離漸滲位點(diǎn)DC40182 8.1 cM，可解釋表型變異率5.66%，增效等位基因來(lái)源于攜帶有海島棉Chr.7染色體漸滲片段的R472；利用QTLNetwork-2.2檢測(cè)到1個(gè)纖維強(qiáng)力QTL （qFS-C7-1）、1個(gè)纖維細(xì)度QTL （qFM-C7-1）。2個(gè)作圖軟件定位的纖維強(qiáng)力QTL位點(diǎn)基本一致，可認(rèn)為是同一位點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：海島棉；次級(jí)漸滲系；纖維品質(zhì)；QTL定位

中圖分類號(hào)：S562.032 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2013）10-0007-05

棉花是世界上最重要的纖維作物，長(zhǎng)期以來(lái)，優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)一直是棉花育種改良的重要目標(biāo)，但由于纖維品質(zhì)性狀與產(chǎn)量性狀一般存在負(fù)相關(guān)^[1]，造成棉花同步改良十分困難。陸地棉因產(chǎn)量高、適應(yīng)性廣而主導(dǎo)當(dāng)前世界棉花生產(chǎn)，但由于其纖維品質(zhì)不夠理想，尚不能滿足現(xiàn)代紡織技術(shù)飛速發(fā)展的需求。海島棉中蘊(yùn)含著優(yōu)質(zhì)纖維基因，把這些優(yōu)異基因引入陸地棉一直是育種工作者努力追求的目標(biāo)，且通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交已獲得了許多具有優(yōu)異纖維品質(zhì)性狀的漸滲系材料^[2]，但這些外源基因組分被引入的同時(shí)往往會(huì)對(duì)一些重要的農(nóng)藝性狀產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)這些優(yōu)異纖維漸滲系中與纖維品質(zhì)有關(guān)的漸滲基因組分進(jìn)行精確解析，不僅對(duì)深入研究?jī)?yōu)異纖維品質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)、揭示漸滲系優(yōu)異纖維性狀形成的遺傳機(jī)制具有重要科學(xué)意義，而且通過(guò)剖析纖維品質(zhì)性狀與產(chǎn)量等性狀的遺傳相關(guān)^[3]，對(duì)利用分子標(biāo)記挖掘優(yōu)異纖維品質(zhì)基因資源、探討棉花纖維品質(zhì)和產(chǎn)量同步改良的育種策略具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)育種方法通常根據(jù)田間表型和性狀測(cè)定等進(jìn)行品種選擇，由于環(huán)境條件的變化、一因多效、遺傳連鎖等原因，往往使選擇的準(zhǔn)確性受到影響。分子標(biāo)記輔助選擇是在DNA水平上的選擇，不受環(huán)境等因素的影響，從而提高了選擇的準(zhǔn)確性。棉花分子標(biāo)記研究近年來(lái)發(fā)展較快，已構(gòu)建了多張棉花分子標(biāo)記遺傳連鎖圖^[4～10]，并進(jìn)行了纖維品質(zhì)、產(chǎn)量等相關(guān)性狀的QTL定位。棉花QTL定位從根本上建立起了表型與基因型之間的直接聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)基因在不同品種之間的轉(zhuǎn)移從而使功能基因得到充分的利用，是棉花遺傳育種和基因組研究的熱點(diǎn)之一。但利用優(yōu)異纖維漸滲系直接對(duì)漸滲自海島棉的基因組分進(jìn)行遺傳解析還缺乏系統(tǒng)的研究。

在前期試驗(yàn)中，利用魯原343（LY343）與生產(chǎn)上推廣的高產(chǎn)抗蟲(chóng)棉品種魯棉研22號(hào)（LMY22）構(gòu)建作圖群體，進(jìn)行了纖維品質(zhì)QTLs的定位研究，結(jié)果顯示，絕大多數(shù)纖維品質(zhì)QTLs（83%）與漸滲基因組分相關(guān)，主要分布在Chr.2、Chr.3、Chr.7、Chr.16、Chr.23和Chr.25等標(biāo)記較密集的漸滲區(qū)域，并且很多漸滲區(qū)域的纖維品質(zhì)QTLs是成簇分布的^[11]。在此基礎(chǔ)上，本研究從重組自交系中選擇攜帶海島棉Chr.7染色體漸滲片段的優(yōu)質(zhì)次級(jí)漸滲系R472，與高產(chǎn)親本LMY22回交，構(gòu)建包含514個(gè)F2單株的次級(jí)定位群體，對(duì)Chr.7染色體漸滲片段的纖維品質(zhì)QTLs進(jìn)行了精確定位。該次級(jí)定位群體最大限度地消除了遺傳背景的干擾，可有效地提高QTL定位的準(zhǔn)確性^[12]，為精確地解析Chr.7染色體纖維品質(zhì)QTLs的遺傳效應(yīng)、利用與其緊密連鎖的分子標(biāo)記進(jìn)行分子標(biāo)記輔助育種奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉魯棉研22號(hào)（LMY22）為山東棉花研究中心選育的高產(chǎn)種質(zhì)；R472是在重組自交系群體中篩選出的攜帶海島棉Chr.7染色體片段的優(yōu)質(zhì)次級(jí)漸滲系（圖1），其遺傳背景比魯原343（LY343）更加簡(jiǎn)單；Ashmouni為R472所蘊(yùn)含的優(yōu)質(zhì)纖維基因的海島棉供體親本，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所國(guó)家棉花種質(zhì)資源庫(kù)提供。

1.2 群體的構(gòu)建

2011年在山東棉花研究中心臨清試驗(yàn)站以優(yōu)質(zhì)次級(jí)漸滲系R472和轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉LMY22為親本進(jìn)行雜交，冬季在海南島種植F1代并自交，2012年種植次級(jí)定位群體F2代，10月份單株收花，送農(nóng)業(yè)部棉花纖維監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)包括上半部平均長(zhǎng)度、整齊度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率和斷裂比強(qiáng)度，均采用HVICC校準(zhǔn)水平。

1.3 棉花基因組DNA的提取

采生長(zhǎng)旺盛期棉花F2單株的幼葉，參照王芙蓉等^[13]的方法，提取純化基因組DNA用于分子標(biāo)記分析。

1.4 SSR標(biāo)記分析及漸滲位點(diǎn)的確定

在前期工作的基礎(chǔ)上，選出次級(jí)漸滲系R472與LMY22之間的Chr.7染色體漸滲片段上的多態(tài)性引物進(jìn)行次級(jí)定位群體的分析，通過(guò)比較漸滲系R472與LMY22、陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1及優(yōu)質(zhì)纖維供體海島棉品種Ashmouni之間的標(biāo)記基因型，確定漸滲位點(diǎn)。SSR標(biāo)記的PCR擴(kuò)增與PAGE/銀染分析參照張軍等^[14]的方法。

1.5 遺傳連鎖圖的構(gòu)建和纖維品質(zhì)性狀QTL定位

采用作圖軟件JoinMap 3.0 進(jìn)行標(biāo)記連鎖分析^[15]，以LOD=6.5，最大遺傳距離為40 cM，采用Kosambi函數(shù)構(gòu)建遺傳連鎖圖，采用繪圖軟件MapChart 2.2 繪制連鎖圖。

運(yùn)用基于混合線性模型的QTLNetwork-2.2軟件和基于多元回歸模型的Windows QTL Cartographer 2.5軟件的復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行QTL定位，通過(guò)1 000次排列測(cè)驗(yàn)估算各性狀LOD值。

2 結(jié)果與分析

2.1 漸滲基因組分的鑒定

利用次級(jí)漸滲系R472與LMY22之間的多態(tài)性引物分析次級(jí)定位群體514個(gè)F2單株的標(biāo)記基因型，通過(guò)比較漸滲系R472、陸地棉親本LMY22、陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1及優(yōu)質(zhì)纖維供體海島棉品種Ashmouni之間的標(biāo)記基因型，發(fā)現(xiàn)有2對(duì)引物擴(kuò)增到與R472和Ashmouni一致但與LMY22不同的帶型（圖2），分別為DPL0852和DC40182，即漸滲系R472的漸滲位點(diǎn)。

2.2 遺傳連鎖圖的構(gòu)建

利用遺傳圖譜構(gòu)建軟件JoinMap 3.0進(jìn)行遺傳連鎖分析，構(gòu)建Chr.7的遺傳連鎖圖（圖3），連鎖圖包括7個(gè)標(biāo)記，長(zhǎng)13.5 cM，標(biāo)記間平均距離1.93 cM。

2.3 纖維品質(zhì)QTLs分析

利用Windows QTL Cartographer 2.5軟件，在Chr.7染色體檢測(cè)到1個(gè)纖維強(qiáng)力QTL qFS-C7-1（表1、圖3A），位于區(qū)間CGR6773-DC40182，距離漸滲位點(diǎn)DC40182 8.1 cM，可解釋表型變異率5.66%，增效基因來(lái)自次級(jí)漸滲系R472。利用QTLNetwork-2.2軟件檢測(cè)到1個(gè)纖維強(qiáng)力QTL、1個(gè)纖維細(xì)度QTL，分別為qFS-C7-1和qFM-C7-1（表1、圖3B），位于區(qū)間DPL0757-DPL0852，其中qFM-C7-1位點(diǎn)來(lái)自LMY22的等位基因能夠使馬克隆值增加（纖維變粗），在一定范圍內(nèi)馬克隆值增加降低了棉花纖維品質(zhì)；而來(lái)自R472的等位基因能夠降低馬克隆值，因此該QTL位點(diǎn)對(duì)纖維品質(zhì)改良是有利的。

3 討論海島棉中蘊(yùn)含著優(yōu)質(zhì)纖維基因，挖掘和利用海島棉中的有利基因?qū)Ω纳脐懙孛蘩w維品質(zhì)具有重要意義。本研究利用攜帶海島棉Chr.7染色體漸滲片段的優(yōu)質(zhì)次級(jí)漸滲系R472，與高產(chǎn)親本魯棉研22回交，構(gòu)建次級(jí)定位群體并進(jìn)行纖維品質(zhì)QTLs的定位，結(jié)果利用Windows QTL Cartographer 2.5軟件檢測(cè)到1個(gè)纖維強(qiáng)力QTL （qFS-C7-1），位于區(qū)間CGR6773-DC40182；利用QTLNetwork-2.2軟件檢測(cè)到1個(gè)纖維強(qiáng)力QTL （qFS-C7-1）、1個(gè)纖維細(xì)度QTL （qFM-C7-1），位于區(qū)間DPL0757-DPL0852，與前期研究結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了纖維品質(zhì)QTLs的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

QTLNetwork-2.2軟件檢測(cè)到的假陽(yáng)性QTL較Windows QTL Cartographer 2.5軟件少，且能夠檢測(cè)到上位性QTL以及QTL與環(huán)境的互作，但有可能造成某些QTL的遺漏^[16]。而基于多元回歸模型的Windows QTL Cartographer 2.5軟件的復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)同一染色體上有2個(gè)或2個(gè)以上的QTL進(jìn)行定位時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)偏差^[17]。蘇成付等^{[18，19]}認(rèn)為在進(jìn)行QTL定位時(shí)，最好先用復(fù)雜模型QTLNetwork-2.2軟件進(jìn)行全模型掃描，然后再用其他模型進(jìn)行驗(yàn)證，重復(fù)檢測(cè)出的QTL置信度較高，未能重復(fù)檢出的QTL留待進(jìn)一步驗(yàn)證。本研究2個(gè)軟件檢測(cè)到的纖維強(qiáng)力QTL位點(diǎn)基本一致，但在染色體上的置信區(qū)間存在一定偏差，可能是由于2個(gè)軟件所基于的統(tǒng)計(jì)模型不同造成的，但利用2個(gè)軟件同時(shí)檢測(cè)到該QTL位點(diǎn)，說(shuō)明該位點(diǎn)的置信度相對(duì)較高。該位點(diǎn)距離SSR標(biāo)記DC40182 8.1 cM，存在一定距離，下一步我們將利用新型的棉花分子標(biāo)記對(duì)DC40182附近的漸滲區(qū)段進(jìn)行加密，獲得與纖維強(qiáng)力QTL緊密連鎖的分子標(biāo)記，以提高分子標(biāo)記輔助選擇的精確性。

參 考 文 獻(xiàn)：

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