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棉花光子和杂种致死性状的遗传分析及基因定位

宋丽  
【摘要】:棉花是主要的经济作物,棉纤维是最重要的天然纺织原料,在世界及我国国民经济中占重要地位。棉纤维是棉种上的表皮毛,包括长绒(lint)和短绒(fuzz),都是由棉花胚珠外珠被表皮层单细胞分化发育而成。在轧花时从种子上轧下来的是纤维,留在种子上的是一层短绒。光子突变体不仅是棉花育种的重要资源,还是研究纤维起始和发育的重要材料。 本文用光子突变体与有短绒的品种(系)配制杂交组合,对光子性状进行了遗传分析,并用分子标记的方法对光子基因N1和n2进行了定位。在此基础上分析了异源四倍体棉花短绒性状的遗传模式。同时,以衣分差异较大的显性光子突变体N1和TM-1为亲本材料,对该组合的衣分性状进行了遗传研究。 在棉花光子性状的研究过程中,我们发现了种间杂种致死现象。杂种致死是重要的生殖隔离类型,在物种形成过程中发挥着重要的作用,因此,阐明杂种致死机制对于理解物种的形成过程非常重要。发现新的杂种致死现象,研究其遗传基础并克隆致死基因对于了解生殖隔离的共同机制是必要的,同时还可以把致死基因应用于作物育种中。在本研究中,陆地棉与海岛棉品种CoastlandR4-4杂交,F1杂交种产生致死现象。为了阐明其分子机制和利用杂种致死基因,我们对该杂种致死现象进行了遗传分析,通过分子标记技术,并结合相对饱和的分子遗传图谱(Guo et al.,2007)对致死基因进行了定位研究。 一、棉花光子性状的遗传分析 用光子突变体n2和N1分别和几个海岛棉品种以及陆地棉遗传标准系TM-1配制杂交组合,得到F1和F2分离群体,同时得到部分BC1群体。对亲本、F1、F2和BC1分离群体进行表型调查,并对调查数据进行适合性测验,结果表明,隐性光子突变体n2和显性光子突变体N1与海岛棉和陆地棉在短绒性状上均存在一对基因的差异,符合单基因遗传模型。 二、隐性光子基因n2的分子定位 用有141个单株组成的种间定位群体(n2FLM×XH7)F2定位隐性光子基因n2。根据前人报道,并参照本实验室已发表的棉花分子遗传图谱(Guo. et al.,2007)用染色体D12(Chr.26)上的SSR标记扩增定位群体、用JoinMap3.0分析性状与标记基因型的连锁关系,结果在染色体D12上没有找到与该基因连锁的标记。利用同样的分析方法,用染色体A12(Chr.12)上的SSR标记分析定位群体,并用JoinMap3.0构建分子遗传图谱,结果表明n2基因位于染色体A12上,与之最近的分子标记是BNL1679,遗传距离为2.7 cM。 用种内定位群体(n2FLM×TM-1)F2中的74个极端光子类型单株对隐性光子基因n2进行定位。用A12和D12染色体上的SSR标记对n2FLM和TM-1进行多态性分析,用在两亲本间表现出多态性的SSR标记来扩增F2群体中的74个极端光子类型单株,用最大似然函数法计算标记与标记及标记与n2之间的成对重组率,用Kosambi把重组率转换成遗传距离,并用JoinMap3.0构建分子遗传图谱,结’果表明n2基因位于染色体D12上。 三、显性光子基因N1的分子定位 用141个单株组成的(N1FLM×新海7号)F2定位显性光子基因N1。参照本实验室已发表的棉花遗传图谱(Guo, et al.,2007),用A12染色体上的SSR标记分析定位群体,并用JoinMap3.0构建遗传图谱,结果表明N1位于染色体A12上,与目的基因最近的标记是BNL1679,遗传距离为1.9 cM。 四、衣分的遗传分析 用衣分差异较大的显性光子突变体N1和TM-1所配制的杂交组合对衣分性状进行了研究。由F2的衣分频数分布以及P1、P2和F1的衣分数据推测,TM-1中高衣分性状受一个显性主基因控制,与光子基因的显性方向相反。用SPSS11.5对F2群体的短绒和衣分性状间做相关性分析(Pearson相关),结果表明衣分与光子之间存在极显著负相关(r=-0.494,α0.01),光子(N1)对衣分具有减效作用,可解释表型变异的24.44%(r2=0.2444)。利用P1、P2、F1和F2四个世代联合分离分析方法,对该组合的衣分性状进行主基因-多基因混合遗传模型分析,结果表明,该组合中衣分的最适遗传模型为一对加性-显性主基因+加性-显性-上位性多基因模型(D-0),主基因和多基因遗传率分别是82.64%,5.67%。 五、种间杂种致死的发现及遗传分析 在光子性状的研究过程中,发现了种间杂种致死现象。为了分析致死性状发生的遗传机制,以三个陆地棉自交系显性光子突变体N1、隐性光子突变体n2和TM-1为母本,以海岛棉品种CoastlandR4-4为父本配制杂交组合,从而得到F1、F2和BC1,同时,以CoastlandR4-4为母本,分别与N1FLM和TM-1配制杂交组合,获得到F1,调查致死性状并做遗传分析,结果表明,种间杂交种的致死表型是由两对显性互补基因控制,一对基因来自陆地棉,一对基因来自海岛棉品种CoastlandR4-4。根据遗传分析结果表明本研究中的杂种致死遗传结构符合Dobzhansky-Muller模型。另外,研究中还发现致死基因可能存在剂量效应。 六、杂种致死基因定位 用回交群体(N1FLM×CoastlandR4-4)CoastlandR4-4和(N1FLM×CoastlandR4-4)N1FLM分别定位来自陆地棉和海岛棉品种CoastlandR4-4的杂种致死基因,这两个定位群体分别有349和343个单株组成。参照Guo等(2007)构建的分子遗传图谱和Michelmore等(1991)的分离群体分组法(BSA)寻找与杂种致死基因连锁的SSR标记,结果在染色体D8上找到与陆地棉中杂种致死基因连锁的标记,用染色体D8上的SSR标记对分离群体(N1FLM×CoastlandR4-4) CoastlandR4-4作进一步分析,用Joinmap3.0构建遗传连锁图,结果表明陆地棉中的杂种致死基因在染色体D8上,与之最近的分子标记是NAU2306,遗传距离为3.3 cM。用同样的方法,我们把海岛棉品种CoastlandR4-4中的杂种致死基因定位于染色体D11,与目的基因最近的分子标记是BNL1154,遗传距离为4.1 cM。通过与前人报道的杂种致死的表型和基因的位置比较,发现这是棉花中新的Dobzhansky-Muller型杂种致死基因,根据基因命名方法,我们把陆地棉和海岛棉品种CoastlandR4-4中的杂种致死基因分别命名为Le3和Le4。


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