陆地棉7号染色体渗入的海岛棉优异纤维品质QTL簇的分子遗传解析

We detected a fiber quality QTL cluster on the island cotton (Gossypium barbadense L. Gb) genomic introgression chromosomal segment on chromosome 7 (Chr.7) of upland cotton (G. hirsutum L. Gh) using a superior fiber quality Gh line harbored with genomic elements introgression from Gb. And we have mapping the QTL cluster in between0.6cM marker interval containing only 5 genes with the physical distance 185kb. Using this QTL cluster substitution line, we plan to carry out the researches as follows: (1) Validation and comprehensive evaluation the genetic contribution of the QTL cluster on fiber quality in different genetic backgrounds; (2) Identification of the possible SNP and InDel loci and other genomic structure variations within the target genomic regions using genomic targeted sequencing and identify the possible candidate gene or genetic element; (3) Further elucidate the genetic contributions of allelic variation of candidate gene on the fiber quality by association mapping in a population of cotton germplasm resources; (4) Elucidate the possible roles of the candidate gene or genetic element in the genetic network for controlling the architecture of superior fiber quality. The completion of the project will further clarify the genetic contributions of target QTL clusters of superior fiber quality and, in-depth dissect the genetic control mechanisms about the architecture of superior fiber quality traits in upland cotton by introgressions of Sea Island cotton genes.

前期我们利用渗入海岛棉染色体片段的陆地棉优异纤维渐渗系，在7号染色体（Chr.7）上检测到一个纤维品质QTL簇，并将该QTL簇定位到0.6cM的标记区间内，包含5个基因，物理距离为185kb。本研究拟利用已构建的该QTL簇单片段代换系，开展如下研究：（1）将该QTL簇置于不同遗传背景下，验证并系统评价其对纤维品质的遗传贡献；（2）利用基因组目标序列捕获测序技术和qRT-PCR，鉴定目标区域内基因组SNP和InDel位点变化以及mRNA表达的变化，确定可能的候选基因；（3）通过对种质资源群体的关联分析，确定候选基因的等位变异及其与纤维品质的关联；（4）转录组、lncRNA以及qRT-PCR分析，研究优异纤维品质形成的遗传调控网络中候选基因的作用机制。本项目的完成将进一步明确目标QTL簇对优异纤维品质的遗传贡献，并在基因组水平上深入解析渗入海岛棉基因对陆地棉优异纤维品质性状形成的遗传控制机制。

棉花是纺织工业的重要原料，由于长期的人工选择对于陆地棉主要关注的是纤维产量，导致现代陆地棉基因库缺乏优异纤维基因资源，纤维品质很难满足现代纺织技术飞速发展的需求，而棉花生产全程机械化对棉纤维品质提出了更高要求。迫切需要对陆地棉种质基因库中渗入的海岛棉优质基因源进行精准鉴定和系统研究，为陆地棉纤维品质的遗传改良提供科学依据。. 本项目（陆地棉7号染色体渗入的海岛棉优异纤维品质QTL簇的分子遗传解析，31671742）主要研究内容：1）Chr.7纤维品质QTL簇在不同遗传背景下的验证与系统评价；2）Chr.7纤维品质QTL簇候选基因的鉴定；3）候选基因的等位变异分析及优异等位基因挖掘；4）优异纤维品质形成中候选基因作用机制的初步研究。.通过本项目，我们将SL7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，鉴定不同类型的交换单株，将目标区域缩小到67.99kb，结合精细定位结果，利用RNA-seq分析，鉴定了与纤维强力性状相关的目标候选基因-Gh_A07G1731。定位并克隆该QTL簇的候选基因，进一步确定不同类型纤维品质基因型之间候选基因及调控元件的等位变异，初步研究该染色体区段渐渗基因的功能，为精确解析该染色体区段渐渗基因对棉花优异纤维品质形成的遗传控制机制奠定基础。. 另外，我们还在全基因组水平上对Chr.7上的纤维品质主效QTL簇对纤维品质的遗传贡献进一步验证，并对优异渐渗位点进行了溯源分析，育成的优质品种鲁棉312纤维断裂比强度的显著提高可能与引入的Chr.7的纤维品质主效QTL簇有关；在对早熟性状进行遗传作图及相关基因分析的基础上，将该QTL簇导入到早熟遗传背景中开展系统的互作研究。. 本项目的完成对不仅对揭示渐渗系优异纤维性状形成和对产量等农艺性状影响的遗传机制具有重要科学意义，而且对利用分子标记辅助挖掘优异纤维品质基因资源、打破或最大限度减少不利连锁，实现棉花纤维品质和产量性状同步改良的重大突破具有重要的现实意义。