控制產(chǎn)量性狀變異的主效qls的分子標(biāo)記篩選

控制產(chǎn)量性狀變異的主效qls的分子標(biāo)記篩選

在植物育種過程中，選擇目標(biāo)性狀是建立新品種的中心環(huán)節(jié)。棉花產(chǎn)量性狀屬于數(shù)量性狀,其表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果;產(chǎn)量性狀又與品質(zhì)性狀之間存在顯著的負(fù)相關(guān),給棉花產(chǎn)量品質(zhì)的同步改良也帶來了難度,致使常規(guī)育種依據(jù)表型選擇的效率受到限制。植物分子育種工作中標(biāo)記輔助選擇(Marker-assistedselection,MAS)利用與目標(biāo)性狀QTL緊密連鎖的遺傳標(biāo)記,對目標(biāo)性狀進(jìn)行跟蹤選擇,可縮小育種群體規(guī)模,減少育種過程中選擇的盲目性,有利于打破回交過程中的連鎖累贅,可逐步將外源優(yōu)良種質(zhì)向栽培品種滲透,拓寬品種的遺傳基礎(chǔ)。由于棉花栽培品種的遺傳基礎(chǔ)狹窄,使棉花標(biāo)記輔助育種尤其顯得更為重要。因此,利用現(xiàn)代分子標(biāo)記技術(shù)對棉花產(chǎn)量品質(zhì)性狀的QTLs進(jìn)行標(biāo)記篩選是一項十分重要的基礎(chǔ)研究工作。Jiang等篩選到2個與皮棉產(chǎn)量QTLs有關(guān)的標(biāo)記,其中D07標(biāo)記解釋12.3%的變異,A02標(biāo)記解釋6.4%的變異;也篩選到與鈴重QTLs有關(guān)的兩個標(biāo)記,其中一個能解釋54.1%的變異,另一個解釋7.9%的變異。Shappley等和Ulloa等分別鑒定出5個和3個與衣分有關(guān)的QTLs,4個和2個與籽指有關(guān)的QTLs。袁有祿鑒定出8個緊密連鎖(平均間距2cM)的標(biāo)記與纖維強(qiáng)度有關(guān),能解釋35%的F2纖維強(qiáng)度表型變異和53.8%的F2∶3的纖維強(qiáng)度表型變異;1個與麥克隆值有關(guān)的主效QTL,能解釋7.8%的F2麥克隆值表型變異和25.4%的F2∶3的麥克隆值表型變異,這項工作開創(chuàng)了我國棉花育種目標(biāo)性狀的分子標(biāo)記研究,但目前國內(nèi)還未見到產(chǎn)量性狀QTLs的分子標(biāo)記研究報道。泗棉3號是我國選育的陸地棉(GossypiumhirsutumL.)高產(chǎn)、多抗、優(yōu)質(zhì)品種。從90年代初審定起,已在長江流域棉區(qū)種植了近億畝。本研究利用泗棉3號作為研究材料進(jìn)行了產(chǎn)量性狀QTLs的分子標(biāo)記篩選,以鑒定出與產(chǎn)量性狀QTLs連鎖的分子標(biāo)記,為產(chǎn)量性狀標(biāo)記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1tm-1陸地棉本項研究選用長江流域棉區(qū)廣泛栽種高產(chǎn)品種泗棉3號作親本,TM-1是由美國陸地棉商用品種岱字棉14連續(xù)自交產(chǎn)生的陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系,引自美國農(nóng)業(yè)部南方平原農(nóng)業(yè)研究中心作物種質(zhì)資源研究室。1.2產(chǎn)量性狀調(diào)查1998年夏季將泗棉3號與TM-1進(jìn)行雜交,冬天在海南種植F1,單株自交產(chǎn)生F2種子。1999年在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦試驗站種植F2分離群體,隨機(jī)選擇297株調(diào)查產(chǎn)量性狀,并對各株進(jìn)行自交形成F2∶3家系種子。2000年又在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦試驗站種植F2∶3家系群體,進(jìn)行產(chǎn)量性狀表現(xiàn)的田間鑒定實驗。每個家系調(diào)查15株,以F2∶3家系的產(chǎn)量性狀平均值作為相應(yīng)的F2個體基因型值的估計值。1.3基于mapmaker/opp的遺傳檢測參考Paterson等的CTAB方法,從葉片中提取親本和F2個體的基因組DNA。SSR,RAPD的PCR擴(kuò)增與檢測見我們前文的報道。利用Mapmaker/EXP(Version3.0b)確定分子標(biāo)記間的連鎖關(guān)系,即構(gòu)建遺傳連鎖群,設(shè)置LOD值最小為3.0,最大遺傳距離為50cM。運用Mapmaker/QTL(Version1.1b)的區(qū)間作圖方法將與連鎖群標(biāo)記連鎖的QTL定位到連鎖群上。1.4ssr標(biāo)記的染色體定位我們實驗室為構(gòu)建異源四倍體棉花的分子連鎖圖譜,利用以TM-1為遺傳背景的一整套單體、端體構(gòu)建了一個分子標(biāo)記定位系統(tǒng),利用該系統(tǒng)對本文中SSR標(biāo)記進(jìn)行了染色體定位。2結(jié)果與分析2.1種植對皮產(chǎn)量性狀的影響泗棉3號和TM-1的產(chǎn)量性狀表現(xiàn)的鑒定結(jié)果列為表1。泗棉3號的單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、籽指和皮棉產(chǎn)量與TM-1的差異達(dá)到極顯著水平,為產(chǎn)量性狀QTLs的篩選提供了較好的遺傳差異基礎(chǔ)。對泗棉3號和TM-1雜交自交產(chǎn)生的F2單株分離群體和F2∶3家系分離群體產(chǎn)量性狀表現(xiàn)的田間試驗鑒定結(jié)果的簡單相關(guān)分析(表2)發(fā)現(xiàn),在F2群體產(chǎn)量構(gòu)成因素與皮棉產(chǎn)量之間為顯著或極顯著的正相關(guān),鈴重與單株鈴數(shù)、衣分的負(fù)相關(guān)未達(dá)到顯著水平:但在F2∶3群體只有單株鈴數(shù)、衣分與皮棉產(chǎn)量的相關(guān)達(dá)到極顯著水平,而鈴重與單株鈴數(shù)、衣分的負(fù)相關(guān)也達(dá)到極顯著水平,說明F2∶3群體的遺傳結(jié)構(gòu)與F2群體比較發(fā)生了變化,產(chǎn)量性狀之間的相關(guān)程度有所增加。籽指與鈴重呈正相關(guān),與其它性狀呈負(fù)相關(guān)。2.2ssr多態(tài)性引物篩選及分子基因型鑒定選用301對SSR引物和1040個10bp的RAPD隨機(jī)引物篩選泗棉3號和TM-1親本分子標(biāo)記的多態(tài)性,結(jié)果只篩選到37對SSR多態(tài)性引物和10個RAPD多態(tài)性引物的49個非常穩(wěn)定的多態(tài)性位點。分別以這47個具有多態(tài)性的引物,進(jìn)一步擴(kuò)增了F2群體所定株調(diào)查產(chǎn)量性狀的單株的總DNA,鑒定出每個個體的標(biāo)記基因型。圖1和圖2分別為標(biāo)記OPA15564與S3452180在親本和F2分離群體標(biāo)記基因型的鑒定結(jié)果。2.3ssr標(biāo)記的分配利用Mapmaker/EXP(Version3.0b),確定分子標(biāo)記連鎖關(guān)系,結(jié)果S2961250\,S3800250\,S3474220\,S229330\,S229190\,S252230\,OPA15564\,OPQ92212\,OPJ111584\,OPAP12800和OPX21300這11個標(biāo)記被構(gòu)建到染色體9上,遺傳長度為290.6cM;還有17個標(biāo)記被構(gòu)建到4個連鎖群上,4個連鎖群總的長度163cM。另有18個SSR標(biāo)記和3個RAPD標(biāo)記沒有被分配到連鎖群上。運用Mapmaker/QTL(Version1.1b)定位與連鎖群標(biāo)記連鎖的QTLs。將被定位的QTLs列為表3和繪成圖3。在染色體9的S2961250-S3800250區(qū)間上F2∶3群體同一位置同時檢測到了控制籽指和鈴重的主效QTLs,解釋籽指的表型變異15.6%,鈴重的表型變異18.2%,這兩個QTLs是一因多效或是緊密連鎖有待進(jìn)一步研究;在OPJ111584與OPX21300之間的F2群體和F2∶3群體檢測到了控制衣分的主效QTLs,其中兩個QTLs分別解釋24.9%和25.0%的衣分表型變異,而且在相鄰區(qū)域OPX21300與S252230之間的F2∶3群體檢測到了一個控制鈴重的主效QTL,解釋鈴重表型變異的21.0%,但衣分和鈴重的QTLs效應(yīng)對于某一親本而言方向相反。在染色體10和染色體16連鎖群上分別在F2∶3群體檢測到了控制單株鈴數(shù)的QTL,解釋單株鈴數(shù)表型變異的5.6%和7.9%。在構(gòu)建的連鎖群上被標(biāo)記的QTLs的加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)也列于表3中,QTL效應(yīng)計算是以TM-1親本為基準(zhǔn)。位于OPJ111584～S229330和OPAP12800～OPX21300區(qū)間的衣分QTLs具有較大的加性效應(yīng),顯性效應(yīng)為負(fù)效應(yīng),說明雜合子的衣分偏向低親,但衣分的其它2個QTLs的顯性效應(yīng)為正效應(yīng),說明雜合子的衣分偏向高親。大部分QTLs的顯性效應(yīng)與加性效應(yīng)的比值大于1,表現(xiàn)出超顯性。2.4生產(chǎn)過程中的qp擴(kuò)增檢測利用染色體定位技術(shù),將構(gòu)建的連鎖群大部分定位到染色體上。分子標(biāo)記檢測到的與產(chǎn)量性狀有關(guān)的QTLs分別定位在染色體9、染色體10和染色體16連鎖群上,而在染色體12、染色體20上的連鎖群未檢測到與產(chǎn)量有關(guān)的QTLs,控制產(chǎn)量性狀的許多數(shù)量基因可能只存在于少數(shù)的幾條染色體上。3分子標(biāo)記與性狀的關(guān)聯(lián)已有研究表明,陸地棉栽培品種的遺傳基礎(chǔ)較為狹窄。本研究所用的試驗材料泗棉3號為我國陸地棉高產(chǎn)品種,TM-1為陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系,盡管選用301對SSR引物和1040個10bp的RAPD隨機(jī)引物篩選兩親本分子標(biāo)記的多態(tài)性,結(jié)果僅篩選到10個非常穩(wěn)定的RAPD標(biāo)記和39對SSR標(biāo)記,反映的多態(tài)性水平不高。但由于兩個親本在產(chǎn)量構(gòu)成因素上差異顯著,篩選到的多態(tài)性標(biāo)記,就很有可能與所調(diào)查的性狀即兩親本差異較大的性狀有關(guān),QTL分析的結(jié)果也證實了這一點。通過QTL作圖和分子標(biāo)記與性狀的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),在染色體9上具有與衣分、鈴重和籽指有關(guān)的主效QTLs位點,但衣分的增效位點來自泗棉3號,而籽指和鈴重的增效位點來自TM-1;在低值親本上也具有增效位點,如染色體16連鎖群的單株鈴數(shù)的增效位點來自TM-1;同時本研究在染色體9上檢測到大的衣分、鈴重、籽指的主效QTLs,不僅說明控制產(chǎn)量性狀的QTLs的效應(yīng)是不相等的,可能為主基因-多基因遺傳模型,而且能夠利用QTL位點邊界的標(biāo)記用于標(biāo)記輔助育種。本研究中,在染色體9上的標(biāo)記S2961250附近的QTL能解釋15.6%的籽指表型變異、18.0%的鈴重表型變異,依次相鄰的有控制衣分的主效QTLs存在,接著有鈴重的主效QTL。在染色體16連鎖群上的標(biāo)記OPK92027附近的一個QTL能解釋的5.6%鈴數(shù)表型變異、7.4%皮棉產(chǎn)量表型變異,控制產(chǎn)量性狀的基因在棉花染色體上成簇分布。在棉花上,Ulloa等在陸陸品種間雜種(MD5678ne×Prema)群體中也發(fā)現(xiàn)標(biāo)記A42B1