结合连锁和关联作图挖掘棉花早熟性状QTL

The selection and popularization of early-maturing cotton has significant value in solving the conflict between large population and inadequate land, alleviating the contradiction for occupying the farmlands between cotton and cereals, and in optimizing agricultural structure in China. In the project, we are going to dig QTL for early-maturing traits in cotton combining linkage mapping and association mapping.Research contents include the following 3 points: (1) Taking on the recombinant inbred lines (RILs) population generated by early-maturing cotton, Baimian 2, and genetic standard line in upland cotton（G. hirsutum L.), TM-1, as genetic segregating population, a genetic linkage map in early-maturing cotton will be constructed by linkage mapping to dig QTL for earliness traits; (2) Taking on a total of 200 materials (early-maturing matirials of 120 and middle-late-maturing materials of 80), incuding backbone varieties and germplasm resources derived from different cotton ecological zones of China, as germplasm resources population, the genome-wide background markers are used to apply in association mapping for earliness traits in order to digging marker loci or allelic vaviation correlated to QTL for earliness traits. (3) An effective verification will be proceeded by linkage mapping and association mapping to acquire reliable and stable QTL for earliness traits which could be implemented straightly in cotton breeding programs. No doubt, all these researches will provide new strategies to analyse the hereditary basis for earliness traits in cotton at the genome-wide level, and breed rapidly new early-maturing cotton varieties with high yield, good quality and multi-resistance through utilizing the superior alleles to break the negative correlation between earliness and other traits effectively, and ultimately accelerate the harmonious development of cotton and cereals in our country.

早熟棉品种的选育和推广，对解决我国人多地少、缓解粮棉争地矛盾和优化农业结构等方面意义重大。本项目结合连锁和关联作图挖掘棉花早熟性状QTL，研究内容包括：（1）以早熟棉百棉2 号和陆地棉遗传标准系TM-1 形成的重组自交系（RILs） 为遗传分离群体，利用连锁作图构建早熟棉遗传连锁图谱，挖掘早熟性状QTL；（2）以来源于我国不同生态棉区不同熟性的200 份陆地棉骨干品种和种质资源系（120 份早熟材料和80 份中晚熟材料）为种质资源群体，利用全基因组背景标记对棉花早熟性状进行关联作图，挖掘与早熟性状相关联的标记位点及等位变异，鉴定早熟性状QTL；（3）连锁作图与关联作图相互验证，获得目标性状可靠、稳定QTL。研究结果将为从全基因组水平上解析棉花早熟性遗传基础提供新的策略，利用优异等位变异有效打破早熟性与其它性状间的负相关，快速培育高产、优质、多抗早熟棉新品种，促进我国粮棉产业的和谐发展。

研究按一年期项目顺利进行。从我国不同时期育成或引进的200份骨干品种（系）中筛选出170份熟性差异材料，利用SSR分子分析和估计了陆地棉品种资源的遗传多样性、连锁不平衡（LD）程度和群体结构，在此基础上对早熟性状进行了关联作图。结果表明，陆地棉品种资源遗传多样性较低，不同等位变异在群体中的分布频率差异较大；聚类结果可将所有材料可分为四类；LD分析结果表明，不论共线性组合还是非共线性组合之间，都有连锁不平衡位点广泛存在；共鉴定到135个与早熟性状关联的标记位点，其中多个位点能在2个以上环境中同时检测到，可用于棉花早熟性状的标记辅助选择，一些位点能与前人的连锁作图结果相互验证。以项目为依托，对早熟相关性状包括株型、产量和衣分进行了QTL定位。共鉴定到66个与株型性状关联的标记位点，其中4个位点能在4个环境下同时检测到，4个位点能在3个环境下同时检测到，27个位点能在2个环境中同时检测到；研究还发现17个同时与2个以上性状关联的位点，发掘到35个株型性状的优异位点。利用连锁作图共检测到51个产量性状QTL，包括27个可能性QTLs和24个显著性QTLs，其中27个QTLs的贡献率大于10%，解释表型变异的10.11%-61.56%；共检测到4个产量性状共同QTLs，可以用于棉花产量性状的标记辅助选择。本研究还利用分离分析对QTLs结果进行了验证，为棉花产量性状的遗传机理和育种实践提供基础。利用两种定位程序检测到6个衣分主效QTLs，其中，显著性主效QTLs，qLP-3(2010)/qLP-3(2011)，在两个环境中均被检测到，其标记区间、有利基因来源均一致。这个共同QTL也被ICIM检测到，应优先考虑用于衣分的标记辅助选择。另外一个主效QTLs qLP-19(2010)也分别被两个程序检测到，也可以用于衣分的标记辅助选择。利用ICIM还检测到2个衣分主效QTL与环境的互作效应，11个上位性QTLs及其与环境互作，为深入解析衣分的遗传基础提供了重要信息。研究还发现，与2个衣分主效QTLs两侧连锁2个EST-SSR，NAU1187和NAU1255，均来自亚洲棉开花后7-10的棉纤维cDNA文库，标记来源序列同源性描述分别为E6-2和E6-4。为此，NAU1187和NAU1255可能是影响棉纤维发育的候选标记，对理解棉纤维发育可能提供有益的功能基因组信息。