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海岛棉遗传多样性及对纤维性状的关联分析与转录组学分析

孔杰  
【摘要】:海岛棉(G.barbadenseL.)纤维品质优异,是纺高支纱的天然原料,目前仅在美国、埃及、中亚、印度及中国的新疆等地种植,中国总产约占世界的30%。我国从建国初期开始,引进了大量海岛棉资源,并利用资源在新疆长期开展了品种培育,迄今为止,形成了一类具有独特区域特点的海岛棉类型。目前,国内外在海岛棉资源上的研究还很少,这不利于其优异基因的挖掘利用及相关研究工作的开展。本文以新疆海岛棉品种为出发点,在分析其性状表现及遗传背景的基础上,系统研究了国内外种质资源的遗传多样性状况及群体结构特征,并利用关联分析方法定位了与纤维相关QTL,对具有优异等位变异的特异材料进行不同纤维发育时期转录组测序,比较了不同发育期转录组水平基因表达的差异,并对纤维相关功能基因进行了验证,为今后海岛棉育种奠定一定基础。本文取得的主要结果如下:1.新疆海岛棉育成品种表现及系谱研究58个育成品种株高、单株铃数、纤维比强度变异系数较大;随着年代增加,纤维长度、比强度、抗病性提升较快;主栽品种铃期变长、单株铃数增加、纤维品质改善。系谱分析表明,新疆海岛棉育成品种骨干亲本主要来源于中亚,早期育成品种遗传基础狭窄,后期随着优异中间材料的持续注入,主要经济性状不断改进,2010s后期品种系谱来源较复杂,但仍属于中亚埃及型,品种聚类结果与系谱来源较为一致。2.海岛棉的遗传多样性及亲缘关系218份世界海岛棉资源在枯萎病发病率、株高、始果枝节位、单株铃数和纤维比强度变异系数较高;中国新疆塔里木地区材料在株高、果枝数、子指、纤维比强度等均存在较高的多样性;乌兹别克斯坦材料在果枝数、单株铃数上、非洲地区的材料在单铃重、衣分上均具有显著的优势。利用分子标记探索海岛棉的遗传多样性,也表明这些海岛棉材料具有较高的遗传多样性,Nei's基因多样性指数(H)变异范围为0.2442~0.4998,平均为0.4145,其中以新疆塔里木地区的材料多样性最为丰富。将218份材料分为两大类,第一大类植株较矮,子指较低,绒长较短、铃重小、衣分低的特点;第二大类依据株型可分为2个亚类,5个次亚类,同一来源的资源多聚在一类,新疆2010年后育育成的海岛棉多聚到一类,与其他区域品种距离较远。3.海岛棉群体结构及连锁不平衡特点对海岛棉资源的群体结构进行分析,可以对不同材料居群的层次关系更加清晰,利用SSR分子标记通过全基因组的扫描,发现当群体数目k=3时,可将海岛棉资源分开,但存在亚群结构。对218份资源进行了 Hardy-Weinberg测验,估计海岛棉基因组LD结构,160个SSR标记中共检测到6654种位点组合存在连锁不平衡,占所有可能成对位点组合的38.8%,其中237个成对位点组合存在较高程度的连锁不平衡(D'0.5)。4.海岛棉纤维性状与SSR标记的关联分析在对海岛棉群体结构分析的基础上,通过全基因组关联分析,在海岛棉SSR标记的鉴定中,通过以各个个体相应的Q值作为协变量,纤维性状变异对SSR位点变异作回归分析,检测到15个位点的变异分别与海岛棉纤维性状在p0.05水平上显著相关。5.海岛棉纤维性状的转录组分析基于对海岛棉纤维性状的转录组学分析,差异表达基因在分子功能分组中富集在GTP相关酶等。在生物过程分组中,差异表达基因富集在核酸转录(nucleic acid-templated transcription)、RNA合成(RNA biosynthetic process)等生物过程。从筛选的差异表达与纤维直接相关并验证了的3个基因,对其在胚珠中的表达量进行了初步分析,发现这3个基因确实对海岛棉纤维发育起作用,后期还需要进一步的功能验证。


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