新疆陆地棉品种资源遗传多样性及与育种目标性状基因的关联分析研究

Xinjiang is the most suitable, the largest area for cotton planting. The cotton plant in xinjiang is important pillar of the economy and the farmer's main source of income. In recent years, there is no major breakthrough on the level of cotton yield and quality. The main reason is the lack of the germplasm materials adapting to the breeding target as well as are not digged deeper for relevant gene of output and quality traits. Using molecular markers, we can analyse genetic diversity about upland cotton, dig the excellent QTL of yield and quality and search parents resources carrying favorable allele variation. The research is important meaning to guide the cotton breeding in Xinjiang. Combining morphological and molecular marks, we can reveal the genetic base of cotton in Xinjiang on breeding origin and can clear allele gene and its degree of contribution in the different germplasm throngh whole genome scanning and the association analysis. And the research help us to know the background and diversity of germplasm nowadays in use, also can help breeders to mine important traits and use these good germplasm in high efficiency, and provide the theory basis for cotton molecular design breeding.

新疆是我国最适宜种植棉花的地区和最大的植棉省区之一，因此，棉花种植业是新疆经济的重要支柱和农民收入的主要来源。近几年，新疆棉花产量及品质水平没有较大的突破，主要原因是缺乏与育种目标相适应的种质材料以及对现有品种资源产量及品质等性状基因的挖掘不够深入。利用分子标记技术，分析新疆陆地棉品种资源的遗传多样性水平并从中发掘其产量、品质等性状的优异QTL及携带有利等位变异的亲本资源，对指导新疆棉花育种有重要意义。本项目拟采用形态与分子标记相结合的方法分析新疆陆地棉品种资源的遗传多样性水平，通过全基因组扫描关联分析发掘棉花产量、品质性状的优异等位变异，从而从育种起源上揭示新疆棉花的遗传基础，明确不同种质中所携带的等位基因及其对目标性状的贡献率，为育种家高效发掘和利用种质资源重要性状基因打下基础，并为棉花分子设计育种提供理论依据。

在新疆优异生态环境下挖掘与棉花主要育种目标性状关联的优异等位变异及典型材料，对新疆及我国棉花育种意义重大。本项目以403份陆地棉品种资源为材料，通过三年两点15个表型性状的鉴定及201对多态性SSR标记的基因型鉴定，分析了该批材料的遗传多样性，群体结构，连锁不平衡（LD）程度，在此基础上对15个表型性状进行了关联定位，优异等位变异及典型材料的挖掘研究。通过四年的执行，完成项目全部计划内容，并得到如下结果：①403份陆地棉品种资源表型变异丰富，各性状的平均变异系数的变幅为1.51%-21.51%，基于SSR标记基因型的遗传多样性指数变幅为0.142-0.699，平均为0.556，该批材料具有较高的基因多样性；②采用三种群体结构分析方法进行分析比较，可将该批材料分为两类，进一步的LD分析表明，染色体位点间不论共线性位点，还是非共线性位点间，均存在不同程度的连锁不平衡，在P < 0.05情况下，有18.94%的位点组合显示显著的连锁不平衡；③利用三年两点表型数据及最佳线性无偏预测（BLUP）后的育种值，基于MLM的混合线性模型，共检测到211个标记位点至少在BLUP值和2个环境中与主要农艺性状、产量性状及纤维品质等性状相关联。其中与主要农艺性状关联77个，产量性状关联93个，品质性状关联51个；④通过SSR 位点等位变异表型效应估算，分析各等位变异位点对应的表型效应值及典型载体材料，发掘出携带主要农艺性状优异等位变异的典型材料46份，携带产量性状优异等位变异的典型材料61份，携带纤维品质性状优异等位变异的典型材料45份，研究发现有些材料同时含有多个性状的优异等位变异。这些优异等位变异及对应的典型材料将对棉花杂交育种中优异亲本的组配，杂交后代的分子标记辅助选择及基因组选择育种的应用奠定良好的基础；⑤通过本项目的执行，已发表论文4篇，申请发明专利1项，授权实用新型专利3项。