陆地棉遗传背景下海岛棉Chromsome 7片段纤维品质性状的QTL定位
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摘 要：为消除遗传背景的干扰，深入剖析陆地棉遗传背景下渗入的海岛棉chromsome 7 （Chr.7） 片段对优异纤维性状的遗传贡献，本研究从（鲁棉研22 × 鲁原343）重组自交系中选择携带海岛棉Chr.7染色体片段的优质次级渐渗系R472作亲本，与高产亲本鲁棉研22回交，构建了包含514个F2单株的次级定位群体。利用JoinMap构建Chr.7的遗传图谱，运用基于混合线性模型的QTLNetwork-2.2软件和基于多元回归模型的Windows QTL Cartographer 2.5软件对纤维品质性状进行QTL定位，结果显示，利用Windows QTL Cartographer 2.5检测到1个纤维强力QTL （qFS-C7-1），距离渐渗位点DC40182 8.1 cM，可解释表型变异率5.66%，增效等位基因来源于携带有海岛棉Chr.7染色体渐渗片段的R472；利用QTLNetwork-2.2检测到1个纤维强力QTL （qFS-C7-1）、1个纤维细度QTL （qFM-C7-1）。2个作图软件定位的纤维强力QTL位点基本一致，可认为是同一位点。
关键词：海岛棉；次级渐渗系；纤维品质；QTL定位
中图分类号：S562.032 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）10-0007-05
棉花是世界上最重要的纤维作物，长期以来，优质和高产一直是棉花育种改良的重要目标，但由于纤维品质性状与产量性状一般存在负相关[1]，造成棉花同步改良十分困难。陆地棉因产量高、适应性广而主导当前世界棉花生产，但由于其纤维品质不够理想，尚不能满足现代纺织技术飞速发展的需求。海岛棉中蕴含着优质纤维基因，把这些优异基因引入陆地棉一直是育种工作者努力追求的目标，且通过远缘杂交已获得了许多具有优异纤维品质性状的渐渗系材料[2]，但这些外源基因组分被引入的同时往往会对一些重要的农艺性状产生不利影响。因此，对这些优异纤维渐渗系中与纤维品质有关的渐渗基因组分进行精确解析，不仅对深入研究优异纤维品质的遗传基础、揭示渐渗系优异纤维性状形成的遗传机制具有重要科学意义，而且通过剖析纤维品质性状与产量等性状的遗传相关[3]，对利用分子标记挖掘优异纤维品质基因资源、探讨棉花纤维品质和产量同步改良的育种策略具有重要现实意义。
传统育种方法通常根据田间表型和性状测定等进行品种选择，由于环境条件的变化、一因多效、遗传连锁等原因，往往使选择的准确性受到影响。分子标记辅助选择是在DNA水平上的选择，不受环境等因素的影响，从而提高了选择的准确性。棉花分子标记研究近年来发展较快，已构建了多张棉花分子标记遗传连锁图[4～10]，并进行了纤维品质、产量等相关性状的qtl定位。棉花QTL定位从根本上建立起了表型与基因型之间的直接联系，最终实现基因在不同品种之间的转移从而使功能基因得到充分的利用，是棉花遗传育种和基因组研究的热点之一。但利用优异纤维渐渗系直接对渐渗自海岛棉的基因组分进行遗传解析还缺乏系统的研究。
在前期试验中，利用鲁原343（LY343）与生产上推广的高产抗虫棉品种鲁棉研22号（LMY22）构建作图群体，进行了纤维品质QTLs的定位研究，结果显示，绝大多数纤维品质QTLs（83%）与渐渗基因组分相关，主要分布在Chr.2、Chr.3、Chr.7、Chr.16、Chr.23和Chr.25等标记较密集的渐渗区域，并且很多渐渗区域的纤维品质QTLs是成簇分布的[11]。在此基础上，本研究从重组自交系中选择携带海岛棉Chr.7染色体渐渗片段的优质次级渐渗系R472，与高产亲本LMY22回交，构建包含514个F2单株的次级定位群体，对Chr.7染色体渐渗片段的纤维品质QTLs进行了精确定位。该次级定位群体最大限度地消除了遗传背景的干扰，可有效地提高QTL定位的准确性[12]，为精确地解析Chr.7染色体纤维品质QTLs的遗传效应、利用与其紧密连锁的分子标记进行分子标记辅助育种奠定了基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
转基因抗虫棉鲁棉研22号（LMY22）为山东棉花研究中心选育的高产种质；R472是在重组自交系群体中筛选出的携带海岛棉Chr.7染色体片段的优质次级渐渗系（图1），其遗传背景比鲁原343（LY343）更加简单；Ashmouni为R472所蕴含的优质纤维基因的海岛棉供体亲本，由中国农业科学院棉花研究所国家棉花种质资源库提供。
1.2 群体的构建
2011年在山东棉花研究中心临清试验站以优质次级渐渗系R472和转基因抗虫棉LMY22为亲本进行杂交，冬季在海南岛种植F1代并自交，2012年种植次级定位群体F2代，10月份单株收花，送农业部棉花纤维监督检验中心进行检测，检测指标包括上半部平均长度、整齐度、马克隆值、伸长率和断裂比强度，均采用HVICC校准水平。
1.3 棉花基因组DNA的提取
采生长旺盛期棉花F2单株的幼叶，参照王芙蓉等[13]的方法，提取纯化基因组DNA用于分子标记分析。
1.4 SSR标记分析及渐渗位点的确定
在前期工作的基础上，选出次级渐渗系R472与LMY22之间的Chr.7染色体渐渗片段上的多态性引物进行次级定位群体的分析，通过比较渐渗系R472与LMY22、陆地棉遗传标准系TM-1及优质纤维供体海岛棉品种Ashmouni之间的标记基因型，确定渐渗位点。SSR标记的PCR扩增与PAGE/银染分析参照张军等[14]的方法。
1.5 遗传连锁图的构建和纤维品质性状QTL定位
采用作图软件JoinMap 3.0 进行标记连锁分析[15]，以LOD=6.5，最大遗传距离为40 cM，采用Kosambi函数构建遗传连锁图，采用绘图软件MapChart 2.2 绘制连锁图。
运用基于混合线性模型的QTLNetwork-2.2软件和基于多元回归模型的Windows QTL Cartographer 2.5软件的复合区间作图法对纤维品质性状进行QTL定位，通过1 000次排列测验估算各性状LOD值。
2 结果与分析
2.1 渐渗基因组分的鉴定
利用次级渐渗系R472与LMY22之间的多态性引物分析次级定位群体514个F2单株的标记基因型，通过比较渐渗系R472、陆地棉亲本LMY22、陆地棉遗传标准系TM-1及优质纤维供体海岛棉品种Ashmouni之间的标记基因型，发现有2对引物扩增到与R472和Ashmouni一致但与LMY22不同的带型（图2），分别为DPL0852和DC40182，即渐渗系R472的渐渗位点。
2.2 遗传连锁图的构建
利用遗传图谱构建软件JoinMap 3.0进行遗传连锁分析，构建Chr.7的遗传连锁图（图3），连锁图包括7个标记，长13.5 cM，标记间平均距离1.93 cM。
2.3 纤维品质QTLs分析
利用Windows QTL Cartographer 2.5软件，在Chr.7染色体检测到1个纤维强力QTL qFS-C7-1（表1、图3A），位于区间CGR6773-DC40182，距离渐渗位点DC40182 8.1 cM，可解释表型变异率5.66%，增效基因来自次级渐渗系R472。利用QTLNetwork-2.2软件检测到1个纤维强力QTL、1个纤维细度QTL，分别为qFS-C7-1和qFM-C7-1（表1、图3B），位于区间DPL0757-DPL0852，其中qFM-C7-1位点来自LMY22的等位基因能够使马克隆值增加（纤维变粗），在一定范围内马克隆值增加降低了棉花纤维品质；而来自R472的等位基因能够降低马克隆值，因此该QTL位点对纤维品质改良是有利的。
3 讨论海岛棉中蕴含着优质纤维基因，挖掘和利用海岛棉中的有利基因对改善陆地棉纤维品质具有重要意义。本研究利用携带海岛棉Chr.7染色体渐渗片段的优质次级渐渗系R472，与高产亲本鲁棉研22回交，构建次级定位群体并进行纤维品质QTLs的定位，结果利用Windows QTL Cartographer 2.5软件检测到1个纤维强力QTL （qFS-C7-1），位于区间CGR6773-DC40182；利用QTLNetwork-2.2软件检测到1个纤维强力QTL （qFS-C7-1）、1个纤维细度QTL （qFM-C7-1），位于区间DPL0757-DPL0852，与前期研究结果基本一致，验证了纤维品质QTLs的准确性和稳定性。
QTLNetwork-2.2软件检测到的假阳性QTL较Windows QTL Cartographer 2.5软件少，且能够检测到上位性QTL以及QTL与环境的互作，但有可能造成某些QTL的遗漏[16]。而基于多元回归模型的Windows QTL Cartographer 2.5软件的复合区间作图法对同一染色体上有2个或2个以上的QTL进行定位时往往会出现偏差[17]。苏成付等[18，19]认为在进行QTL定位时，最好先用复杂模型QTLNetwork-2.2软件进行全模型扫描，然后再用其他模型进行验证，重复检测出的QTL置信度较高，未能重复检出的QTL留待进一步验证。本研究2个软件检测到的纤维强力QTL位点基本一致，但在染色体上的置信区间存在一定偏差，可能是由于2个软件所基于的统计模型不同造成的，但利用2个软件同时检测到该QTL位点，说明该位点的置信度相对较高。该位点距离SSR标记DC40182 8.1 cM，存在一定距离，下一步我们将利用新型的棉花分子标记对DC40182附近的渐渗区段进行加密，获得与纤维强力QTL紧密连锁的分子标记，以提高分子标记辅助选择的精确性。
参 考 文 献：
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