棉花纤维强度主效QTL qFS-25-4基因的精细定位与克隆

Cotton fiber strength is one of the important agronomic traits, and controled by multiple genes. The investigation of the genetics and molecular mechnisim of fiber strength has important theoretical significance and application value in Gossypium hirsutum. At the present time, the researches on genetics mechanism in fiber strength still focused on the level of numbers, lotations and effects of QTLs. Functional analysis of genes located in target regions are rarely reported. In our previous study, a major QTL qFS-25-4 controlling fiber strength has been located at chromosome 25 by using RIL population (F6:8) derived from low-strength strain sGK9708 crossed with high-strength strain 0-153, could explained 22.25% fiber strength variance in average across 9 environments. This proposed project will development new molecular markers by refering the completed genome sequence of G. raimondii and G. arboreum, and qFS-25-4 will be fine-mapping by using the F2 populations derived from inbred of a residual heterozygous material containing a heterozygous segment of the qFS-25-4 locus. And function of candated gene was validated through gene expression in cotton fiber secondary cell wall synthesis preliminary. This work not only has theoretical significance to investigate the molecular and genetic mechanisms of cotton fiber strength, but also has importent application for genetic improvement of fiber quality.

纤维强度是棉花重要的农艺性状之一，是多基因控制的数量性状，深入研究其遗传及分子调控机理具有重要理论意义和应用价值。目前，棉花纤维强度遗传机制研究主要集中在QTL定位和效应分析等层面上，区段内对应基因序列等研究鲜有报道。课题组以（sGK9708×0-153）RIL（F6:8）群体为材料，在陆地棉25号染色体上定位了一个9个环境下稳定的纤维强度主效QTL qFS-25-4，解释表型变异解释达22.25%。本项目将在此基础上，以qFS-25-4基因型杂合材料自交衍生的F2分离大群体为材料，利用雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组图谱，对qFS-25-4进行精细定位，确定定位区域和候选基因，结合基因表达谱，对其进行初步功能分析。该位点功能基因的分离，不仅对解析棉花纤维强度的分子和遗传机制具有重要理论意义，而且对陆地棉纤维品质改良具有重要的应用价值。

棉花是世界上重要的经济作物之一，研究纤维发育机理对于棉纤维改良具有重要意义。在已有研究基础上，通过项目实施，取得了如下研究进展：（1）利用0-153*9708 RIL群体，构建了高密度整合遗传图谱，标记数量为8295个（SLAF标记5521个、芯片SNP标记2316个、SSR标记458个）、总遗传距离为5197.17cM，标记间平均遗传距离0.88cM，均匀覆盖陆地棉基因组。（2）重点对25号染色体进行了分析，结合前期重测序数据和回交群体，进一步构建25号染色体的精细遗传图谱和物理图谱，共有标记353个（SSR标记66个，SLAF-SNP标记166个，芯片_SNP标记121个），总遗传距离230.04cM，标记间平均遗传距离0.65cM。（3）利用17个环境纤维品质数据，对25号染色体对纤维强度相关的QTL进行了定位，最终定位到稳定纤维强度QTL4个，综合不同世代（F2群体、F2:3家系和F6:8 RIL群体）、不同环境下25号染色体的强度QTL定位结果，通过加密图谱、物理图谱构建，将主效 QTL qFS-25-4精细定位至25染色体（D06）14.228-14.364 cM之间，对应物理距离为72kb，总共有6个基因，结合转录组数据，发现3个基因表达，确定了最终候选基因并进行了初步功能分析。（4）利用与qFS-25-4紧密连锁的标记进行辅助选择实验研究发现，与qFS-25-4紧密连锁的标记在回交和杂交群体的不同遗传背景下均表现出显著的遗传效应。（5）利用生物信息学、功能基因组学等研究手段，针对定位到QTL区段内与纤维次生壁发育相关的果胶甲酯酶、纤维素合成酶、NAC转录因子等基因家族的染色体定位、基因结构、进化等进行了分析，为进一步研究上述基因的功能奠定了良好基础。项目执行期间，发表学术论文12篇，其中SCI论文11篇；申请发明专利5项；培养硕士研究生3名。