陸地棉產量和纖維性狀的關聯(lián)分析研究.pdf

1、棉花是一種重要的經濟作物，是世界上紡織纖維的主要來源?，F(xiàn)代紡織技術的變化需要高質量的纖維，提高棉花的產量和纖維的質量是棉花育種中的主要目標。陸地棉廣泛種植于世界各地，約占世界棉花纖維產量的95％。研究陸地棉的遺傳結構對提高纖維的產量和改良纖維的質量具有重要的意義。前人的研究表明陸地棉的產量和纖維性狀是受多個基因控制和環(huán)境共同作用的數(shù)量性狀，具有復雜的遺傳結構。隨著分子標記技術在遺傳育種領域的廣泛應用，使用基于連鎖不平衡的關聯(lián)分析為研究棉

2、花產量和纖維性狀的遺傳結構提供了新的途徑，它與基于連鎖圖譜的QTL定位相互補充，成為研究棉花復雜性狀的主要方法之一。本研究利用關聯(lián)分析的方法檢測控制棉花產量和纖維性狀的遺傳變異位點，并利用分子標記輔助選擇對產量和纖維性狀進行改良。其主要結果如下:
　　一.在代表中國三大棉區(qū)的河南安陽，新疆庫車和江蘇南京連續(xù)三年種植323份陸地棉品種并對三個纖維性狀（上半部平均長度，強度和馬克隆值）進行表型測量。使用GMDR-GPU對5600個SS

3、Rs分子標記進行篩選，得到與三個纖維性狀相關性較強的317個SSRs。然后使用這317個SSRs標記，利用基于混合線性模型方法的關聯(lián)分析軟件QTXNetwork進行關聯(lián)分析，研究加性效應、上位性效應和環(huán)境互作效應對三個纖維性狀的作用。研究結果顯示，加性和上位性效應對三個纖維性狀都非常重要;上位性效應是纖維長度的最重要的遺傳效應，而加性效應是纖維強度和馬克隆值最主要的遺傳成分。三個性狀的環(huán)境互作效應所能解釋的表現(xiàn)型方差較小，說明三個纖維性

4、狀在不同環(huán)境表現(xiàn)比較穩(wěn)定。檢測到的與三個性狀相關聯(lián)的位點具有中等效應的加性位點和微小效應的上位性位點。這些加性位點更傾向于位于A亞染色體組上，而上位性位點更多地是D亞染色體組內的互作和A亞染色體組與D亞染色體組之間的互作，這可能是四倍體棉花的纖維質量高于二倍體祖先的一個原因。檢測到11個具有加性效應的位點和14對具有上位性效應的位點與纖維上半部平均長度顯著關聯(lián)（遺傳率大于0.5％，顯著性小于10-5）;14個具有加性效應的位點和2對具有

5、環(huán)境與上位性效應的位點與纖維強度顯著關聯(lián);8個具有加性效應的位點、1個具有加性與環(huán)境互作效應的位點和3對具有上位性效應的位點與馬克隆值顯著關聯(lián)。這些與性狀顯著關聯(lián)的位點大多數(shù)落在基因內。三個性狀的表型相關性分析結果顯示纖維上半部分平均長度和纖維強度呈正相關(r=0.71，p＜0.01);馬克隆值與纖維上半部分平均長度(r=-0.25，p＜0.01)和纖維強度(r=-0.24，p＜0.01)都呈負相關。同時，一些關聯(lián)位點同時控制多個纖維性

6、狀，如NAU1302-213對纖維上半部平均長度和纖維強度都有正向加性效應，表明選擇這個位點同時可以改良纖維上半部平均長度和纖維強度。
　　39份陸地棉品種及它們之間雜交產生的178個雜交組分別在2012年和2013年種植于新疆阿拉爾和河南安陽，對包括纖維上半部平均長度，整齊度，馬克隆值，強度和延展性在內的五個纖維性狀進行表型測定。然后基于351個SSRs分子標記使用關聯(lián)分析軟件QTXNetwork對這五個性狀進行關聯(lián)分析，研究性

7、狀表型與基因型之間的關系。使用包含加性效應、顯性效應、上位性效應（包括加加上位，加顯上位，顯加上位和顯顯上位）及它們與環(huán)境互作效應的遺傳模型分析五個纖維性狀的遺傳結構。研究結果顯示基因與環(huán)境的互作效應能夠解釋47.51～80.39％的表型變異，表明這些陸地棉品種的纖維性狀受環(huán)境影響較大。其中，加性與環(huán)境互作效應是纖維上半部平均長度，整齊度，強度三個性狀的第一遺傳組分;馬克隆值主要由顯性與環(huán)境互作效應決定;纖維延展性的顯性與環(huán)境互作效應和

8、上位性與環(huán)境互作效應的遺傳率都較大。共檢測到10個遺傳變異位點與纖維上半部平均長度相關聯(lián);5個位點與纖維整齊度相關聯(lián);6個位點與馬克隆值相關聯(lián);8個位點與纖維強度相關聯(lián);8個位點與纖維延展性相關聯(lián)。篩選出每個性狀中極顯著(PEW-value＜10-8)關聯(lián)的位點，通過選擇這些位點不同的基因型可以改良纖維質量。軟件還給出了每個性狀在每個環(huán)境下同源基因型(QQ，qq)，異源基因型(Qq)，最優(yōu)純系(best line)，超級純系(super

9、ior line)，最優(yōu)雜交系(best hybrid)和超級雜交系(superior hybrid)的遺傳預測值。對預測值的分析結果表明雜種優(yōu)勢能夠在棉花育種中利用。在每個環(huán)境中基于最優(yōu)純系或最優(yōu)雜交系選擇相應的關聯(lián)位點可以得到特定環(huán)境下的最優(yōu)純系或最優(yōu)雜交系。
　　三.研究了217份陸地棉品種的皮棉產量，鈴重，鈴數(shù)和衣分含量四個產量性狀的遺傳結構。研究結果顯示四個性狀的基因與環(huán)境互作效應的遺傳率都比較大，表明環(huán)境因素對纖維產量

10、及其組分的影響較大。其中，皮棉產量和衣分含量兩個性狀主要受加性與環(huán)境互作效應和顯性與環(huán)境效應控制;上位性與環(huán)境互作效應是鈴數(shù)的主要遺傳組分;衣分含量的加性與環(huán)境互作效應的遺傳率最大，同時加性效應和上位性與環(huán)境互作效應的遺傳率也較大。共檢測到6個遺傳變異位點與皮棉產量相關聯(lián);8個位點與鈴重相關聯(lián);3個位點與鈴數(shù)相關聯(lián);9個位點與衣分含量相關聯(lián)。一些顯著的QTSs被篩選出來，在特定環(huán)境下可以通過選擇這些QTSs特定的基因型來改良四個產量性狀