本文關(guān)鍵詞：陸地棉遺傳圖譜的構(gòu)建及其重要農(nóng)藝性狀的QTL定位，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：棉花是世界上最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一,提供了最大量的天然紡織纖維。在四個(gè)主要的栽培棉種中,陸地棉由于其產(chǎn)量高和纖維品質(zhì)較為優(yōu)良,目前是世界范圍內(nèi)種植面積最大的棉花栽培種。陸地棉是異源四倍體,基因組結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,導(dǎo)致通過(guò)常規(guī)育種方法同時(shí)提高產(chǎn)量和改良纖維品質(zhì)十分困難。隨著分子標(biāo)記技術(shù)和高通量測(cè)序技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的新品種的培育起到巨大的推動(dòng)作用。本研究利用分子標(biāo)記和高通量測(cè)序技術(shù),主要開(kāi)展以下兩個(gè)方面的工作,為陸地棉基因組的研究以及品種的改良提供研究基礎(chǔ):(1)利用RAD-seq技術(shù)基于雙親本開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記用于陸地棉F2群體遺傳圖譜的加密;(2)陸地棉重組自交系群體遺傳圖譜的構(gòu)建及產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的QTL定位。1.利用RAD-seq技術(shù)基于雙親本開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記用于陸地棉F2群體遺傳圖譜的加密通過(guò)RAD-seq技術(shù)對(duì)兩個(gè)陸地棉品種DH962和冀棉5號(hào)進(jìn)行測(cè)序,DH962得到了62.46百萬(wàn)條原始reads,經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)序結(jié)果原始序列進(jìn)行過(guò)濾,得到大概5.15Gb的clean reads;冀棉5號(hào)得到61.27百萬(wàn)條原始reads,經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)序結(jié)果原始序列進(jìn)行過(guò)濾,得到大概5.18Gb的clean reads,兩個(gè)品種GC含量分別為34.00%和34.17%。利用Velvet對(duì)兩個(gè)品種的序列進(jìn)行拼接,DH962得到178157條contigs,總堿基數(shù)為55.27Mb,平均長(zhǎng)度為310.2bp。冀棉5號(hào)得到181422條contigs,總堿基數(shù)為57.06Mb,平均長(zhǎng)度為314.5bp。通過(guò)對(duì)兩親本間的序列對(duì)比分析,分別設(shè)計(jì)得到了1323對(duì)SSR引物、3838對(duì)In Del引物和9366對(duì)SNP引物。SSRs、In Dels和SNPs的頻率是1/10.58kb、1/18.46kb、1/6.55kb,SNP中轉(zhuǎn)換和顛換的比例為1.76。將14433條包含引物的contigs和亞洲棉(A2)、雷蒙德氏棉(D5)的基因組序列進(jìn)行BLAST比對(duì),發(fā)現(xiàn)6995條contigs能夠均勻地錨定到A2基因組的13條染色體上,7108條contigs能夠均勻地錨定到D5基因組的13條染色體上。同時(shí)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證,SSR引物在海陸種間群體中使用效率更高,而In Dels和SNPs在陸地棉種內(nèi)群體中使用效果更好。研究結(jié)果說(shuō)明RAD-seq技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)有效的用于棉花分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)的方法。然后以陸地棉D(zhuǎn)H962和冀棉5號(hào)為親本,構(gòu)建了一個(gè)包含137個(gè)單株的陸地棉F2群體。從本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)構(gòu)建的一張高密度海陸種間BC1遺傳圖譜上挑選1869對(duì)引物,用于兩親本的篩選,其中187對(duì)引物在親本間有多態(tài)性,得到192個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。同時(shí)從RAD-seq技術(shù)得到的引物中,得到了165個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)。匯總本實(shí)驗(yàn)室林忠旭老師和付遠(yuǎn)志師姐以前得到的684個(gè)多態(tài)性位點(diǎn),經(jīng)過(guò)連鎖分析構(gòu)建了一張包含1013個(gè)位點(diǎn),長(zhǎng)3004.71c M,標(biāo)記間平均距離為2.97c M的陸地棉種內(nèi)遺傳圖譜。利用這張密度增加的遺傳圖譜對(duì)該群體的性狀重新定位,發(fā)現(xiàn)隨著圖譜密度的增加,QTL檢測(cè)的效率得到極大地提高。將陸地棉遺傳圖譜上面的562個(gè)(SRAP標(biāo)記沒(méi)有利用)能查找到序列的引物和亞洲棉(A2)、雷蒙德氏棉(D5)的基因組序列進(jìn)行共線性分析。結(jié)果顯示除了Chr2和Ga2,Chr5和Ga10,Chr10和Ga9之間,AT和A2基因組大部分相對(duì)應(yīng)的染色體之間具有很好的共線性。Ga2和Ga10之間發(fā)生相互交換,同時(shí)一些Ga13的片段導(dǎo)入到了Gh10中,Ga1和Ga5的一些片段導(dǎo)入到了Gh2中。而DT和D5基因組的序列分析發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)應(yīng)的染色體之間都具有很好的共線性,基本上沒(méi)有出現(xiàn)染色體間的交叉。同時(shí)在其他同源性較好的對(duì)應(yīng)染色體之間,有4條沒(méi)有錨定到A2基因組染色體上的scaffolds匹配到相應(yīng)染色體上的標(biāo)記位點(diǎn)。HAU-DJ-S078匹配到scaffold7300,NAU2687匹配到scaffold3678,HAU-DJ-S168匹配到scaffold1365,NBRI_HQ527767匹配到scaffold4507。本研究對(duì)于研究異源四倍體基因組結(jié)構(gòu)以及起源和進(jìn)化具有重要的意義。2.陸地棉重組自交系群體遺傳圖譜的構(gòu)建及產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的QTL定位以陸地棉D(zhuǎn)H962和冀棉5號(hào)為親本,構(gòu)建了一個(gè)包含178個(gè)家系的陸地棉重組自交系群體。從本研究得到的F2遺傳圖譜中挑選了所有的SSR、In Del、SNP引物用于重組自交系群體遺傳圖譜的構(gòu)建。最終得到一張包含616個(gè)位點(diǎn),全長(zhǎng)2016.44c M,標(biāo)記間平均距離3.27c M的陸地棉種內(nèi)遺傳圖譜。該圖譜包含59個(gè)連鎖群,53個(gè)連鎖群分布在24條染色體上,兩個(gè)大的連鎖群上的大部分標(biāo)記定位到了同源染色體上,很難區(qū)分開(kāi)來(lái),4個(gè)連鎖群未能定位到染色體上。連鎖群位點(diǎn)數(shù)目為2-58個(gè),遺傳距離為1.88-104.57c M。通過(guò)分析,22.36%的位點(diǎn)發(fā)生偏分離(P0.05),然后對(duì)前人發(fā)表的研究統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)陸地棉種內(nèi)群體的偏分離情況比海陸種間群體嚴(yán)重。該群體在6年8環(huán)境下進(jìn)行種植調(diào)查產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀。數(shù)據(jù)顯示,兩親本間除了籽指和衣指外,其他纖維品質(zhì)和產(chǎn)量等相關(guān)性狀均存在顯著差異。重組自交系群體的各個(gè)性狀均呈現(xiàn)正態(tài)分布,表明該群體適合進(jìn)行QTL定位�；谥亟M自交系6年的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀數(shù)據(jù)的方差分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)除了籽指外,其它產(chǎn)量和纖維品質(zhì)等相關(guān)性狀都受到極顯著環(huán)境因素影響;所有性狀受到極顯著遺傳因素影響。通過(guò)計(jì)算廣義遺傳率,發(fā)現(xiàn)陸地棉的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的遺傳穩(wěn)定性相對(duì)較低。同時(shí),遺傳相關(guān)性分析揭示產(chǎn)量和纖維品質(zhì)各個(gè)性狀之間存在著復(fù)雜的相關(guān)性。纖維長(zhǎng)度和纖維強(qiáng)度、纖維整齊度之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系,和馬克隆值、纖維伸長(zhǎng)率、單鈴皮棉重、衣分、單株鈴數(shù)以及衣指之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。纖維強(qiáng)度和纖維長(zhǎng)度、纖維整齊度以及籽指之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系,和馬克隆值、纖維伸長(zhǎng)率、單鈴皮棉重、衣分、單株鈴數(shù)以及衣指存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。除了籽指和衣分存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,單鈴籽棉重和單株鈴數(shù)之間,以及籽指和衣指之間負(fù)相關(guān)以外,其他產(chǎn)量性狀之間都存在正相關(guān)關(guān)系。經(jīng)過(guò)復(fù)合區(qū)間作圖法分析,一共檢測(cè)到134個(gè)QTL,分別位于21條染色體和4個(gè)連鎖群上,其中70個(gè)與纖維品質(zhì)相關(guān),64個(gè)與產(chǎn)量性狀相關(guān),解釋表型變異4.40-15.28%,LOD值為2.50-6.66。分別有10、18、13、16、7、19、20、13、14、2和2個(gè)QTL與纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率、整齊度、單鈴籽棉重、單鈴皮棉重、衣分、單株鈴數(shù)、籽指和衣指相關(guān)。有9個(gè)QTL可以在至少兩個(gè)環(huán)境中檢測(cè)到,其中5個(gè)和纖維品質(zhì)性狀相關(guān),4個(gè)和產(chǎn)量性狀相關(guān)。通過(guò)整合分析,檢測(cè)到26個(gè)QTL熱點(diǎn)區(qū)域分布在13條染色體和2個(gè)連鎖群上,除去9個(gè)多環(huán)境檢測(cè)到的QTL,17個(gè)QTL熱點(diǎn)區(qū)域分別和產(chǎn)量或纖維品質(zhì)相關(guān)。同時(shí)也檢測(cè)到了很多QTL簇分布在15條染色體和2個(gè)連鎖群上。這些QTL位點(diǎn)的檢測(cè)為棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的QTL精細(xì)定位及圖位克隆奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：陸地棉 RAD-seq SSR In Del SNP 遺傳圖譜 重組自交系 纖維品質(zhì) 產(chǎn)量 QTL定位
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S562
【目錄】：

• 摘要8-11
• Abstract11-16
• 第一章 文獻(xiàn)綜述16-36
• 1.1 棉花發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.2 遺傳標(biāo)記技術(shù)17-19
• 1.2.1 遺傳標(biāo)記的發(fā)展17
• 1.2.2 DNA分子標(biāo)記17
• 1.2.3 主要DNA分子標(biāo)記的簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)17-19
• 1.2.3.1 基于分子雜交技術(shù)的分子標(biāo)記17-18
• 1.2.3.2 基于PCR技術(shù)的分子標(biāo)記18-19
• 1.2.3.3 基于測(cè)序技術(shù)的分子標(biāo)記19
• 1.3 高通量測(cè)序技術(shù)19-22
• 1.3.1 高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展19-20
• 1.3.2 基于高通量測(cè)序技術(shù)開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記20-22
• 1.3.2.1 基于全基因組重測(cè)序開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記21
• 1.3.2.2 基于簡(jiǎn)化基因組測(cè)序開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記21-22
• 1.3.2.3 基于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記22
• 1.4 棉花遺傳連鎖圖譜的構(gòu)建22-28
• 1.4.1 作圖群體23-24
• 1.4.1.1 初級(jí)作圖群體23
• 1.4.1.2 次級(jí)作圖群體23-24
• 1.4.1.3 自然群體24
• 1.4.2 棉花遺傳連鎖圖譜的研究進(jìn)展24-28
• 1.4.2.1 海島棉和陸地棉種間群體遺傳連鎖圖譜研究進(jìn)展24-26
• 1.4.2.2 陸地棉種內(nèi)群體遺傳連鎖圖譜研究進(jìn)展26-28
• 1.5 QTL定位28-35
• 1.5.1 QTL定位原理和方法28
• 1.5.2 棉花QTL定位研究進(jìn)展28-35
• 1.5.2.1 棉花產(chǎn)量QTL定位研究28-30
• 1.5.2.2 棉花纖維品質(zhì) QTL 定位30-33
• 1.5.2.3 棉花抗病QTL定位33-34
• 1.5.2.4 棉花形態(tài)學(xué)、生理性狀QTL定位34-35
• 1.6 本研究目的和意義35-36
• 第二章 利用 RAD-seq 技術(shù)基于雙親本開(kāi)發(fā)分子標(biāo)記用于陸地棉 F_2 群體遺傳圖譜的加密36-76
• 2.1 前言36-37
• 2.2 材料和方法37-43
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和 DNA 提取37
• 2.2.2 構(gòu)建RAD文庫(kù)及高通量測(cè)序37-38
• 2.2.3 序列過(guò)濾及組裝38
• 2.2.4 序列注釋38
• 2.2.5 SSR、InDel和SNP引物的開(kāi)發(fā)38-40
• 2.2.6 去除冗余的SSRs40
• 2.2.7 基于兩個(gè)材料之間去除冗余及引物的合成40-41
• 2.2.8 海陸種間遺傳圖譜上挑選引物41
• 2.2.9 PCR擴(kuò)增及基因型分析及記錄方法41-42
• 2.2.10 偏分離標(biāo)記檢測(cè)42
• 2.2.11 遺傳圖譜構(gòu)建及QTL定位42-43
• 2.3 結(jié)果與分析43-69
• 2.3.1 DH962 和冀棉5號(hào)RAD-seq測(cè)序結(jié)果分析43-45
• 2.3.2 陸地棉序列集Gh-D-J的GO分析45-46
• 2.3.3 SSR 標(biāo)記的開(kāi)發(fā)及其特點(diǎn)46-49
• 2.3.4 In Del標(biāo)記的開(kāi)發(fā)及其特點(diǎn)49-50
• 2.3.5 SNP標(biāo)記的開(kāi)發(fā)及其特點(diǎn)50-51
• 2.3.6 包含引物的contigs進(jìn)行in silico mapping51-53
• 2.3.7 基于 RAD 開(kāi)發(fā)標(biāo)記在陸地棉種內(nèi)的多態(tài)性分析53
• 2.3.8 基于RAD開(kāi)發(fā)標(biāo)記在陸地棉和海島棉種間的多態(tài)性分析53
• 2.3.9 從海陸種間圖譜上挑選的引物多態(tài)性情況53-54
• 2.3.10 標(biāo)記偏分離情況統(tǒng)計(jì)54
• 2.3.11 陸地棉遺傳圖譜的構(gòu)建54-56
• 2.3.12 陸地棉F2 群體產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的QTL定位56
• 2.3.13 陸地棉和亞洲棉、雷蒙德氏棉比較基因組學(xué)研究56-69
• 2.4 討論69-76
• 2.4.1 RAD-seq測(cè)序結(jié)果分析69-70
• 2.4.2 陸地棉序列的功能分析70-71
• 2.4.3 RAD開(kāi)發(fā)引物序列的在基因組上的分布71
• 2.4.4 基因組SSR的分析71-72
• 2.4.5 RAD-seq開(kāi)發(fā)SNP的效率72
• 2.4.6 RAD-seq開(kāi)發(fā)引物的驗(yàn)證72-73
• 2.4.7 海陸種間遺傳圖譜上挑選的引物在陸地棉種內(nèi)的多態(tài)性分析73
• 2.4.8 遺傳圖譜分析73-74
• 2.4.9 遺傳圖譜密度對(duì)檢測(cè)QTL的效率的分析74
• 2.4.10 陸地棉和亞洲棉、雷蒙德氏棉基因組的同源性分析74-76
• 第三章 陸地棉重組自交系群體遺傳圖譜的構(gòu)建及產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的 QTL 定位76-124
• 3.1 前言76
• 3.2 材料和方法76-79
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和基因組DNA提取76-77
• 3.2.2 田間種植和群體性狀調(diào)查77
• 3.2.3 引物的挑選、PCR擴(kuò)增和基因型分析77
• 3.2.4 偏分離標(biāo)記檢測(cè)77-78
• 3.2.5 遺傳圖譜構(gòu)建78
• 3.2.6 性狀正態(tài)檢驗(yàn)、廣義遺傳率計(jì)算、相關(guān)分析及QTL定位78
• 3.2.7 共區(qū)間QTL的整合分析78-79
• 3.3 結(jié)果與分析79-117
• 3.3.1 遺傳圖譜的構(gòu)建79-81
• 3.3.2 偏分離情況統(tǒng)計(jì)81
• 3.3.3 兩親本以及群體間的性狀統(tǒng)計(jì)描述81-91
• 3.3.4 產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀方差分析91-92
• 3.3.5 產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的廣義遺傳率92-93
• 3.3.6 產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的遺傳相關(guān)性分析93
• 3.3.7 棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的QTL定位93-96
• 3.3.7.1 纖維品質(zhì)相關(guān)性狀的QTL定位94-95
• 3.3.7.2 產(chǎn)量相關(guān)性狀的QTL定位95-96
• 3.3.8 QTL共聚現(xiàn)象96-117
• 3.4 討論117-124
• 3.4.1 標(biāo)記偏分離情況分析117-118
• 3.4.2 QTL共聚現(xiàn)象的分析118
• 3.4.3 不同研究間共同QTL的分析118-120
• 3.4.4 棉花QTL定位研究中的難點(diǎn)120-124
• 參考文獻(xiàn)124-144
• 研究生期間發(fā)表論文情況144-145
• 致謝145-147

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本文編號(hào)：349666