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《南京农业大学》 2007年
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二倍体亚洲棉(Gossypium arboreum L.)遗传图谱的构建及产量、品质QTL分析

马雪霞  
【摘要】: 棉花的遗传图谱是基因组研究的基础,它不仅在研究基因组组织结构和棉种的起源进化方面具有重要的理论和应用价值,对重要的农艺性状的标记,定位和分子标记辅助选择也有重要意义。亚洲棉在我国栽培历史悠久,分布广阔,经自然和人工选择,已形成了具有中国特色的种系和类型,种质资源丰富多样,中国亚洲棉在我国和世界棉花基因库中占有重要地位。亚洲棉具有早熟、抗病虫、耐瘠薄、烂铃少、产量稳定、纤维强力高、弹性强、栽培管理较为简便等优点,今后还存在较大的直接利用的潜力。有效发掘利用亚洲棉优异种质资源,对我国棉花育种具有重要意义。 构建亚洲棉栽培品种间遗传图谱,并与四倍体遗传图谱开展分子标记和QTL比较作图,特别是EST-SSR标记的应用,不仅可以标记定位亚洲棉优异性状(基因),还可以从分子水平上研究不同染色体组和同源染色体之间的演化关系,可能揭示异源多倍体植物起源与进化以及探讨农作物中重要农艺性状的基因组织结构、基因结构与功能的关系以及基因组中不同基因之间的相互作用对于农艺性状的影响等重要问题,为进行分子标记辅助选择奠定基础,加速育种进程,这对于作物遗传改良具有十分重要的意义。 本研究应用我国的亚洲棉栽培品种江陵中棉和浙江萧山绿树进行杂交,F_1自交,构建了包含189个单株的F_2作图群体,F_2自交获得了176个F_(2:3)家系。利用亲本、F_1、部分F_2单株初步探讨了两重PCR技术的应用;利用F_2群体构建了二倍体SSR标记的遗传图谱,并对其中的部分基因组SSR和EST-SSR进行功能分析;此外,应用数量性状主基因-多基因混合遗传模型对重要农艺性状进行四世代联合遗传分析,并结合分子标记技术通过对F_2、F_(2:3)各性状进行QTL定位,揭示其遗传基础。结果如下: 1.SSR两重PCR扩增研究 SSR多重PCR扩增法可同时完成多个标记检测,具有高效、经济、快捷的特点,并保持了单一SSR引物扩增的高度敏感性和准确性。选取6对SSR引物,配成三组SSR两重PCR反应,并设置五种不同反应体系以探索PCR反应体系对其影响,以单一引物PCR扩增产物为对照,对用于构建亚洲棉(Gossypium arboreum)遗传图谱所用的亲本、F_1及F_2群体单株的DNA模板进行两重PCR探索、分析;另外,在扩增产物的电泳检测时,结合银染技术,试验了单一引物PCR扩增产物在同一泳道同时上样和先后分时上样的两重检测方法,以期对两重检测方法对多态性位点检测的效果进行评价。结果表明,即使采用与单一引物PCR相同的反应体系,两重PCR扩增也可获得与之相同的多态性产物;而两重检测法的结果亦显示出与相应的单引物检测到的相应的多态性位点,能准确反映单引物所能达到的检测效果,因而为SSR的多重PCR和扩增后多重检测的技术在高效的遗传图谱构建工作中进一步应用提供实验依据。 2.亚洲棉种內遗传图谱的构建 从6092对SSR引物中筛选到268对引物(4.40%)在双亲间表现多态,得到320个多态位点.其中174对(64.93%)为EST-SSRs,94对来自亚洲棉纤维EST-SSRs引物,41对来自陆地棉纤维和胚珠EST-SSRs,39对来自雷蒙德氏棉真叶和纤维的EST-SSRs,多态率分别为6.82%,2.99%、2.51%。 320个位点中共有247个位点(42.91%)为显性标记,其中115个位点(35%)为江陵中棉显性带,132(49.25%)个位点为浙江萧山绿树显性带。共有84个显性位点和8个共显性位点(28.75%)偏分离。 采用JoinMap4.0作图软件进行分子标记的连锁分析,其中267个位点包括三个形态标记构建到13个连锁群上。图谱总长2508.71,标记间平均遗传距离为9.4cM,所有的标记均匀分布在连锁群上,没有聚集现象,其中67个偏分离位点整合到连锁群,在连锁群LGA2、A4、A6、A7、A10、A11、A13分布较多,且有聚集现象。参照本实验室建立的海陆种间遗传连锁图谱,89个共同的标记将连锁群定位到相应的染色体上。共同的标记中有49个分布在染色体At亚组,40个在Dt亚组。同源位点的比较表明二倍体和四倍体同源染色体大部分存在共线性,同时伴随倒位现象。二倍体重复位点表明亚洲棉可能是古老的多倍体,染色体1、2和3,4和5可能是同源染色体,但由于与四倍体共有的位点太少,没有观察到与四倍体间易位的确切位点。 利用BLAST分析对多态的基因组SSR和EST-SSR进行了功能相似性分析,共有14个基因组SSR和100个EST-SSR具有催化、结合功能,其中95个定位到连锁群上,158条功能未知或编码未知蛋白,约占多态引物的58.95%, 3.亚洲棉主要纤维品质和产量的遗传分析 应用数量性状主基因-多基因混合遗传模型对主要纤维品质和产量性状进行遗传分析,除伸长率之外,长度、马克隆值、比强度、整齐度、短纤维指数均未检测到主基因;产量性状中铃重和单株铃数最适遗传模型为两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性多基因混合遗传模型(E-1),衣份的最适遗传模型为两对主基因的加性模型(B-3),子指的最适遗传模型为无主基因的加性-显性-上位性多基因模型(C),单株皮棉产量的最适遗传模型为两对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因混合遗传模型(E)。 4.亚洲棉纤维品质和产量性状及其产量构成因子的QTL定位 以新构建的二倍体亚洲棉图谱为基础,利用F_2,F_(2:3)群体的表型数据,应用MapQTL5.0中多QTL模型(multiple QTLs model,MQM)作图法对二倍体亚洲棉的纤维品质、产量、产量构成因子进行的QTL定位分析,F_2代共检测到与产量性状有关显著性的QTL 12个,可能的QTL 21个,分布于13个连锁群上,F_(2:3)代检测到与产量性状有关显著性的QTL有12个,可能的QTL29个,其中衣指、籽棉产量各有两个QTL、子指有三个QTL在两世代中显示了很好的一致性。 F_(2:3)代检测到与纤维品质性状有关的显著性QTLs有14个,可能的QTL20个,所检测到的纤维品质QTLs中52%在四倍体中相应的染色体At和Dt亚组上都有分布,8%只在四倍体中相应的染色体At亚组上分布,20%只在四倍体中相应的染色体Dt亚组上分布,这进一步说明纤维品质QTLs在进化上的保守性,控制纤维品质的基因可能有相同的遗传基础,并且在四倍体进化过程中,A亚组纤维品质性状的部分同源QTL可能与D亚组中的同源区域发生交换。 产量与纤维品质性状QTLs成簇分布,位于相同或相邻的区间,从而造成了产量与品质的高度负相关。最明显的例子是,A2号分布有一个纤维强度、整齐度、短纤维指数、伸长率的QTL、两个皮棉产量的QTLTL和三个纤维长度的QTL,表明产量与品质的负相关是连锁或连锁和一因多效共同作用的结果。MAS在棉纤维改良中最大的作用可能是鉴别重组、降低连锁累赘。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S562

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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