陆地棉基因组中渗入的海岛棉优异纤维遗传组分的深度解析

本研究针对陆地棉（Gossypium hirsutum L.）纤维品质遗传改良研究中的关键问题，以渗入了海岛棉（G. barbadense L.）基因组组分的优异纤维渐渗系和高产转基因抗虫棉品种为亲本，根据纤维品质QTL初步定位结果，锚定与纤维品质性状相关的Chr2、Chr3、Chr7、Chr16、Chr23和Chr25等染色体上的渐渗区段，在重组自交系群体中筛选覆盖不同渐渗区段的优质RILs作为次生渐渗系，与高产亲本回交，构建次级定位群体，并对目标区段进行标记加密，结合重组自交系群体的QTL定位结果，精确解析目标渐渗基因组组分对纤维品质的遗传贡献，并进一步解析与优异纤维品质密切相关的渐渗基因组组分对产量性状的遗传效应。本项目的完成不仅对深入揭示优异纤维品质性状形成的分子遗传机制具有重要的科学意义，而且对利用分子标记辅助棉花纤维品质和产量性状的同步改良具有潜在的应用价值。

有效发掘利用各种遗传资源中蕴含的有益基因是作物遗传育种研究领域的热点。陆地棉（Gossypium hirsutum L.）种内缺乏优异纤维基因资源，一些近缘种或种系，尤其是海岛棉（G. barbadense L.）基因组中蕴含着优质纤维基因，但单纯依靠常规育种手段难以有效利用这类渐渗基因位点。本研究利用渗入了海岛棉基因组组分的优质渐渗系构建的重组自交系（RIL）群体剖析目标渐渗区段纤维品质和衣分相关QTL；构建次级定位群体，集中对目标渐渗区段进行深入遗传解析，同时解析目标渐渗区段对产量性状影响。取得如下研究结果：.1、鉴定出144个渐渗标记位点，渐渗染色体区段占棉花总基因组的8.46%；利用初级群体检测到24个纤维相关QTL。在7号染色体渐渗区段上检测到与纤维强力相关的主效QTL（qFS-7-1），同时还检测到长度、整齐度、马克隆值、衣分相关QTLs，形成QTL簇；在17号染色体上检测1个到与衣分相关的主效QTL。.2、利用RIL群体，分析我国黄河、长江流域两个主产棉区纤维品质表型变异并鉴定出纤维品质稳定性和环境特异两类QTL。利用SSR标记和简化基因组测序开发的SNP标记，构建了高密度连锁图谱，并进行了7个环境下QTL作图，获得近百个与纤维品质和产量相关联的区域。.3、构建次级定位群体，多环境检测到47个与纤维品质相关QTLs，在Chr.3、Chr.7、Chr.16、Chr.25等渐渗染色体区段上成簇分布着纤维品质相关QTLs。其中Chr.7渐渗区段的QTL簇在不同群体、不同环境下稳定存在，具有非常重要的遗传效应；检测到在原始作图群体中未检测到的纤维品质相关QTLs，如与Chr.19渐渗区段相关的qFS-C19-1和qFL-C19-1等。说明遗传背景简单化后QTL检测效率更高。.4、结合棉花基因组测序结果，我们已经将7号染色体上的QTL簇定位于包含5个基因的185kb的基因组区域内，为进一步克隆分析相关基因，深入解析优异纤维品质形成的分子生物学机制奠定了基础。.5、多次回交、自交结合分子标记辅助选择，构建获得Chr.7、Chr.1、Chr.19等单QTL片段导入系，为进一步深入研究奠定基础。