【摘要】：棉花是被稱作“白色黃金”的天然纖維作物,廣泛分布在亞熱帶到熱帶地區(qū)。優(yōu)良種質資源是棉花遺傳育種和機理研究重要材料,揭示其機理有利于新品種選育。本研究利用分子標記評價了132份新收集棉花種質材料的遺傳多樣。材料包括新發(fā)現的二倍體克勞茨基棉和異源四倍體棉(海島棉、達爾文氏棉、毛棉、艾克曼棉和斯蒂芬氏棉),它們分別收集自厄瓜多爾加勒帕格斯群島、多米尼亞共和國、美國夏威夷和威克環(huán)礁群島等地區(qū)。基于111個表達序列標簽(EST)和基因組簡單重復序列(gSSR)標記,檢測出382個多態(tài)性位點,平均每個SSR標記檢測到3.44個多態(tài)性位點。多態(tài)性信息含量值變幅從0.08到0.82,平均為0.56。在收集到的野生棉種,遺傳距離變幅從0.03到0.53,平均為0.33。采用STRUCTURE和主成分分析進行系統(tǒng)進化分析得到材料亞組分類結果是一致的。在供試材料中共觀察到123個特有等位基因。有31個特有等位基因僅僅在艾克曼棉種被鑒定到。通過structure進行的方差分析表明總變異的49%為6個分組間的顯著差異,總變異的51%為組內差異。來自于夏威夷群島和加勒帕格斯群島的圣克魯茲島的四倍體材料的遺傳差異最大,FST值為0.752(p0.001)。包含有與遺傳標記相關聯未知基因yjcL的DUF891,被發(fā)現與色氨酸天冬氨酸重復的基因超家族高度相關。根據轉錄組測序的表達數據,yjcL關聯基因Gh_A09G2500在干旱和鹽脅迫后上調表達。新收集種質資源的遺傳多樣性、基因特性及遺傳變異的存在在棉花遺傳研究中具有里程碑式的意義。進一步研究根據棉花表達序列標簽開發(fā)的SSR標記的特性。使用具有三個核苷酸基序的111個EST-SST多態(tài)性分子標記來評估收集自加拉帕戈斯群島的79份材料(59份達爾文氏棉,20份海島棉)。每對引物等位基因的變幅是1-7個,平均為2.85個。多態(tài)性信息含量值變幅從0.008到0.995,平均為0.520。大部分SSR的識別力很高,平均為0.98。在111個EST-SSRs和gSSRs中,發(fā)現有49個最優(yōu)匹配標記,該結果與在海島棉,亞洲棉和雷蒙德氏棉基因組中用BLASTx鑒定的155個基因類似。這49個標記包括9個DPLs,所有的MonCGR、MUCS0064和NAU1028和37個SWUs(D-genome)。在開花后10、15、18、21和28天,纖維發(fā)育相關的基因GOBAR_DD21902、GOBAR_DD15579、GOBAR_DD27526和GOBAR_AA04676明顯地高表達。所鑒定的EST-SSR和gSSR標記可以有效地用于分離群體的功能基因定位、QTL鑒定和棉花育種中分子標記輔助選擇。本研究利用達爾文氏棉×海島棉(栽培種新海18)的F_2群體構建用于基因定位的遺傳圖譜。利用四倍體棉花多態(tài)性基因組SSR標記,構建了包括613個標記的遺傳圖譜,分布在26條染色體,覆蓋了棉花基因組2371.4cM,標記平均間距為9.35cM。錨定到每條染色體的標記數量為5到76,平均每條染色體23.57個標記。相比較A亞組(15.66%),有較多的標記定位到D亞組上(83.03%)。最長的連鎖群長度為143.387Cm,最短為58.430cM,平均長度為91.207cM。棉花D亞組遺傳距離為1225.613cM,標記平均遺傳距離為1.53 cM,A亞組遺傳距離為1176.29cM,標記平均距離2.949cM。在我們的遺傳圖譜中,在僅僅Chr.13(A13)和Chr.18(D13)一個同源染色體對被觀測到。遺傳圖譜上有257個偏分離位點,偏分離比例為41.92%。與A亞組(7.34%)相比較,有較多的偏分離位點分布在D亞組(34.58%)上。在整個基因組的遺傳圖譜上檢測到51個分離的熱點區(qū),且相比較A亞組,更多的分布在D基因組。在分離熱點區(qū)所有的偏分離位點在同一個方向分離。該遺傳圖譜是第一個基于SSR標記構建的達爾文氏棉和海島棉種間雜交遺傳圖譜。本遺傳圖譜為解析達爾文氏棉基因組結構和定位纖維發(fā)育相關的候選基因奠定了里重要的基礎,也為精細圖譜構建、圖位克隆、進化研究、定位優(yōu)異基因、分子標記輔助選擇、棉花或者其他物種比較作圖等更為深入的基因組研究奠定了基礎。用纖維相關的轉錄組數據分析挖掘涉及纖維發(fā)育不同時期(開花后0、5、10、15、20、25天)的基因。一共鑒定到12748個差異表達基因。在新海18中鑒定到99220個差異表達基因,在達爾文氏棉中鑒定到75307個差異表達基因。在新海18中鑒定到較多的差異基因。有趣的是,與上文中PCC分析結果一致的是中棉所5-7和新海18在所有的纖維發(fā)育時期差異表達基因具有相似的表達模式。
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S562


本文編號：2800032