陆地棉第15染色体衣分主效QTL的精细定位及候选基因鉴定

Lint percentage is an important yield factor. It is essential to fine-map QTL of lint percentage trait and identify candidate gene for cotton molecular breeding. In our previous study, an environment-stable major QTL for lint percentage was mapped on chromosome 15 in upland cotton using a recombinant inbred line population (Lumianyan22 × Luyuan343). To fine-map the lint percentage QTL and identify candidate gene on chromosome 15, using single QTL substitution line of the lint percentage QTL, we plan to carry out the researches as follows: (1) we select a chromosome single segment substitution lines of chromosome 15(SQTL-15) to cross with Lumianyan22 and develop a (SQTL-15 × Lumianyan22) F2 population with about 4000 individuals; (2) The new SNP primers designed using mapping-by-sequencing(MBS), which responds to the QTL region, are used to construct a saturated map on chromosome 15, based on the result of lint percentage which from F2:3 and a saturated map on chromosome 15, fine mapping the lint percentage QTL on chromosome 15; (3) We preliminary speculated that the candidate genes using bioinformatics according to the reference genome database of upland cotton; (4) We characterized the differentially expressed genes by RNA sequencing, and the RT-PCR and qPCR will be used to analyze expression level of putative candidate genes, identification and cloning of candidate genes. This study has important practical significance to synchronization improvements for fiber quality and yield traits.

衣分是构成棉花产量的重要因素，衣分性状QTL的精细定位及候选基因的鉴定对棉花分子育种具有重要的意义。前期我们利用（鲁棉研22×鲁原343）RIL群体，在第15染色体检测到环境稳定的衣分性状主效QTL。为进一步精细定位及鉴定候选基因，本研究利用衣分单QTL片段置换系开展如下研究：（1）利用第15染色体QTL区域的单片段置换系（SQTL-15）与鲁棉研22号杂交，建立包括4000株左右的F2群体；（2）利用测序作图技术，检测和分析候选QTL区域的SNP位点，开发新的SNP标记，构建第15染色体的饱和遗传图谱；（3）根据已有的陆地棉参考基因组数据库，利用生物信息学技术推测初步候选基因；（4）利用转录组测序，富集差异表达基因，利用RT-PCR和qPCR技术分析关键候选基因的表达变化，确定并克隆候选基因。本项目的完成对棉花纤维品质和产量性状同步改良实现重大突破具有重要的实践意义。

棉花是重要的经济和油料作物，是纺织工业的重要原材料。长期以来，纤维产量和品质一直是棉花育种改良的两个重要目标。随着纺织工业的快速发展，对纤维品质的要求越来高，育种家在提高纤维产量的基础上也要注重纤维品质的同步改良。由于纤维品质和产量性状之间存在连锁累赘，在改良品质的过程中发现产量尤其是衣分显著降低。因此，如何在改良纤维品质同时提高产量是目前棉花育种研究中的一个重要课题。. 棉花产量构成因素主要包括单株铃数（Numbers of per plant, NB）、铃重（Boll weight, BW） 和衣分（Lint percentage, LP），其中衣分是决定棉纤维产量的重要因素。遗传研究表明，衣分性状是一个由多基因控制的数量性状，且与铃重、单株铃数相关，衣分主要受遗传因素控制，受环境影响较小。因此提高衣分对改良纤维产量有着重要影响。. 本项目（陆地棉第15染色体衣分主效QTL的精细定位及候选基因鉴定，31601345）主要研究内容：1）陆地棉第15染色体衣分QTL单片段置换系的构建及系统评价；2）衣分性状QTL定位群体的构建及QTL精细定位；3）候选基因的初步预测及目标基因的鉴定；4）目标候选基因的克隆及功能分析。通过本项目，我们将SQTL-15置于不用的遗传背景下，系统评价了该片段的遗传效应，同时通过组配F2精细定位遗传群体，衍生F2:3/F2:4等不同群体，在目标区域内开发SSR/InDel/SNP等标记，构建饱和的物理遗传图谱，鉴定不同类型的交换单株，将目标区域缩小到63kb，结合精细定位结果，利用RNA-seq分析，鉴定了与衣分性状相关的目标候选基因-GH_D01G0099。通过表型分析发现，SL15的衣分较LMY22低不是由纤维表皮细胞起始数目的增多，即单位面积着生的纤维根数的增多，而是其它的原因导致，有待后续项目延续支持进一步深入挖掘探讨分析研究，揭示qLP-D01调控棉花衣分变化的分子生物学机制。. 本项目的完成对棉花纤维品质和产量性状同步改良实现重大突破具有重要的理论和实践意义。