【毕业学位论文】（Word原稿）陆地棉纤维细度相关性状的遗传及分子标记研究作物遗传育种硕士论文

密 级 : 秘 密 论文编号 : 中国农业科学院 学位论文 陆地棉纤维细度相关性状的遗传 及分子标记研究 of in .) of in .) I 摘 要 本论文以纤维强度与细度差异较大的抗虫陆地棉品系 高强纤维种质系 建 分 离群体，利用 离群体以 记构建连锁图谱，采用复合区间作图法（ 对 目前研究较少的 纤维 细度相关性状（纤维线密度和成熟度比率） 及产量相关性状进行 位研究 ，从分子水平上初步揭示纤维强度及细度等性状的遗传关系 ，为这些性状的分子标记辅助育种利用奠定基础， 有助于 我国棉花 纤维品质指标的全面协调提高。 多基因混合遗传模型的单世代和四世代联合分析方法对纤维细度相关品质及产量相关性状进行了遗传分析，明确了 主要纤维细度相关性状纤维长度、强度、整齐度及产量性状铃重、衣分上均由一到两对主基 因控制，前人研究较少的纤维线密度也存在一对主基因控制。 克隆值与整齐度呈极显著正相关；成熟度比率与整齐度不相关；线密度与整齐度呈 显著或极显著正相关，与伸长率呈极显著负相关，与纤维长度、强度及衣分不相关。线密度与各性状的相关要比马克隆值和成熟度比率稳定。因此，有必要对线密度进行深入研究。 449 对微卫星引物对 亲本和 样 行 多态性筛选，得到 86 对引物的 109 条特异带。 利用 代分离群体构建了 锁图谱，共构建 14 个连锁群，并通过与已有遗传图谱等的 比较将 12 个连锁群定位在对应的染色体上，包含 68 个标记位点，覆盖 当于棉花总基因组的 平均每个连锁群覆盖 2 和 的纤维品质及产量数据通过复合区间作图共定位 28 个 中纤维品质性状的 21 个，产量相关性状的 7 个。品质性状中纤维长度 7 个，纤维强度 4 个，马克隆值 3 个，纤维整齐度 1 个，纤维伸长率 3 个，纤维线密度 2 个，纤维成熟度比率 1 个。产量性状中株高 1个，铃重 3 个，衣分 2 个，铃数 1 个。 5通过复合区间作图共筛选到不同世代表现稳定的主效 个。纤 维品质性状共 5 个，其中纤维长度、强度、马克隆值和纤维伸长率 个数分别为 2、 1、 1 和 1 个。产量性状中衣分 1 个 定位的马克隆值及衣分的 能与 前人已报道的 同外，其它 4 个均尚未见报道。 通过单标记分析方法，从未进入连锁群的 41 个标记位点中筛选到 14 个不同世代表现稳定的显著性标记，强度性状的 1 个显著性标记 前人定位的两世代稳定的一个强度最近标记相同，其它显著性标记也未见报道。这些 不同世代均稳定遗传的 用于标记辅助选择。 6不同性状 簇分布分析，进一步从分子水 平上验证了 表型间相关分析结果，表明了不同性状基因紧密连锁或一因多效的普遍性，意味着利用目标 行辅助选择的同时， 还需要综合考虑全基因组的信息，若定位的目标 其他不良 密连锁，需要对其它性状不良 行背景控制。 关键词 ：陆地棉，纤 维品质， 子标记，遗传， he of in NA of be in of of in to of 2 2:3 of of 1, F1 2 of to of in by or as an of of of 2 2:3 to of it to of no so it is to of A 449 SR to 1 ,09 2 8 be 4 a of 28 2 2:3 1 , 4, 3, 1, 3, 2 , TL of , 3, 2 , be in be In a of 14 in in et 2005). be c3 in in 3 in TL of to of 2 of 2:3. TL of to 67, of in of to 10, of 2, to 00, of 2:3. of TL as et (2005, 2007). TL of to of in TL of to of in of So be AS to of In we to in It be to It is to .)， 录 第一章 引言 . 1 国棉纤维品质现状 . 1 花纤维品质性状的遗传 . 1 维品质性状遗传分析 . 1 基因与多基因分析 . 2 花纤维品质遗传改良的难点 . 2 维品质遗传改良的分子标记辅助选择 . 3 子标记的类型与特点 . 3 量性状基因（ 图方法 . 6 量性状基因（ 图群体 . 8 倍体棉花基因组的特点 . 9 花数量性状基因（ 位研究进展 . 9 子标记辅助选择育种的展望 . 12 第二章 实验报告 . 13 料与方法 . 14 料 . 14 状调查 . 14 取 . 14 记筛选 . 16 增产物的银染检测 . 18 2 群体单株标记基因型检测 . 19 据分析 . 20 锁图构建和染色体定位 . 20 析 . 20 果与分析 . 22 维品质及产量性状表型遗传分析 . 22 基因与多基因最适模型选择及遗传效应估计 . 25 型性状相关分析 . 29 组合（ 建连锁群 . 31 位分析 . 43 V 第三章 讨论 . 56 地棉栽培品种遗传基础狭窄 . 56 维品质及产量性状的遗传分析 . 56 维品质及产量性状的主基因遗传 . 56 维品质及产量性状的相关分析 . 57 记产生多位点的现象 . 57 记的偏分离 . 58 记的双向效应 . 58 维细度相关品质及产量相关性状 析 . 59 维品质性状 析 . 59 量性状 析 . 60 同性状或不同世代同一性状 成簇分布 . 61 质或产量性状间 成簇分布 . 61 同类性状 成簇分布 . 62 量与品质性状同步改良问题 . 62 第四章 全文结论 . 64 参考文献 . 65 致谢 . 74 作者简历 . 75 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 s 2L（ Y/） +2k 复合区间作图法 色体片断代换系 六烷基三甲基溴化铵 脱氧核糖核苷酸 二胺四乙酸 简作图法 锁群 of 然比对数值 子标记辅助选择 等基因系 密度 丙烯酰胺凝胶电泳 合酶链式反应 乙烯吡咯烷酮 量性状位点 机扩增多态性 制性片段长度多态性 标记分析 片断代换系 简单序列重复 合酶 羟甲基氨基甲烷硼酸乙二胺四乙酸 羟甲基氨基甲烷乙二胺四乙酸 羟甲基氨基甲烷 中国农业科学院研究生院学位论文 第一章 引言 1 第一章 引言 棉花是世界性的重要的经济作物，棉纤维是一种重要的纺织工业原料。 棉花纤维品质优劣与纺织品质量、国内外市场竞争力及整个植棉业的发展密切相关。我国是世界原棉、纺织品和服装生产大国。进入 20 世纪 90 年代以来 ,对纯棉制品的需求增大 和 高效快速的纺纱技术的应用 ,对棉花品种的总体纤维品质 ,提出了更高的要求。但是国产棉纤维品质与国外优质棉品质还存在很大差距，再 加上纤维品质性状的复杂性，品质育种周期长、成本高、选择效率低 ,导致纤维品质育种进展缓慢，棉纤维品质的改良虽经过多年的艰苦努力，纤维品质与产量的负相关依然存在。 国棉纤维品质现状 我国棉花育种工作者 20 世纪 80 年代以前对纤维品质性状除纤维长度外并没有引起足够的重视，致使我国自育棉花品种产量水平较高，但品质差，难以适应纺织工业对棉花纤维的要求。杨伟华等人 （ 2001） 按新的国家标准 近 20 年我国自育品种的纤维品质分析指出 ,我国棉花品种的纤维主体长度或 跨距长度主要集中在 27 30围内 ,比强度分布较宽 ,从 15cN/5cN/要集中在 17 23cN/克隆值主要处在 据农业部棉花品质检测中心 2002 年对我国主产棉省的抽查， 13 个主产棉省的 47 个主栽陆地棉品种的纤维长度为 均 29比强度平均为 cN/克隆值平均为 2005 年我国主产棉省的抽查， 10 个主产棉省的 49 个主栽陆地棉品种的纤维长度为 26. 0 32.8 要在 28；比强度为 37.0 cN/要分布在 28 29 cN/克隆值主要分布在 （ ，其次在 A 级 ( ）。 总之 ，我国棉花纤维品质较以前有了很大的改进，但 国产原棉的长度类型单一 ,其长度和强度只能满足加工 32 42 支纱的质量要求 ,根本缺乏长度在 上 ,比强度在 上 ,马克隆值 可加工 60 支以上细纱的优质棉 ； 级别 ,由于产量和售价低 ,棉农不愿种植 ,因此十分缺乏。 花纤维品质性状的遗传 维品质性状遗传分析 棉花数量遗传的开拓者是 。 有关棉花纤维品质数量遗传的研究报道很多，但因试验材料、地点、年份及纤维品质测试和分析方法的不同，试验结果有一定的差异。 1999） 综合了 13 篇有关纤维品质性状遗传的报道，大多数研究认为：纤维长度的遗传方差大于非遗传方差。基因型和地点、年份间互作只在少数研究中发现，而且效应较小 。大多数研究结果显示纤维长度的加性效应大于非加性效应。少数研究（ 1975； 1994）发现纤维长度的非加性遗传方差大于加性遗传方差（可能其所用材料特殊的原因）。 大量实验表明 ,陆陆杂种与陆海杂种的纤维品质表现差异较大。通常陆陆杂种表现相当中国农业科学院研究生院学位论文 第一章 引言 2 稳定 ,趋于中亲值 ，陆海杂种纤维性状的优势比陆陆杂种大得多。 在有关陆地棉 （ .） 的 22 篇文献中 ,15 篇（ 68%）报道纤维长度以加性效应为主 ,5 篇 （ 23%） 显性效应为主 ,其中 3 篇存在上位性。多数研究表 明纤维比强度的基因型与环境互作较小，以加性效应为主，从单株到群体的遗传率高 。 在统计的 18 篇文献中， 比强度 以加性效应为主的 16 篇（ 89%） ，以显性为主的仅 2 篇，其中 1 篇存在上位性。统计的 17 篇文献中，其中 12 篇（ 71%） 马克隆值以显性效应为主 ， 5 篇以加性遗传效应为主。 纤维整齐度 的研究重视不够，其既受环境影响，也不排除遗传变异（ 1991； et 1996）。 纤维伸长率 主要受加性遗传效应控制。关于纤维细度的遗传， 1999） 总结了 17 篇有关纤维细度的报道，有半数研究 表明，纤维细度的非遗传变异大于遗传变异。 且其 遗传率较低，在 40%左右。自 多数纤维性状自交衰退小。所有的研究表明纤维性状在杂种中表现近于中亲值。尽管存在部分显性 ,但加性遗传占绝大部分，优势很低。 基因与多基因分析 经典数量性状通常是指受大量微 效 基因控制，表型呈单峰分布的一类性状，目前 图的结果以及利用新的统计工具对已有实验数据的重新分析，发现对许多 经典 数量性状来说，控制性状遗传的基因在效应大小上是有差异的，表现为主基因和多基因混合遗传的模式。 1986）和 1990） 最先提出了一个单基因 是利用分离分析方法分析数量性状主基因的先驱；后来，王健康、盖钧镒、章元明等也提出了多世代主基因 1951）、 1992）、 1994）、 袁有禄（ 2002）、殷剑美（ 2003）、王淑芳（ 2006）等人的研究结果均表明，纤维强度等一些品质性状并不按数量性状的方式分离，而是由少数主基因控制。同样，杜雄明（ 1999）、殷剑美（ 2003）等人的研究也表明，某些材料的产量性状铃重、衣分 等性状也存在主基因，并且，殷剑美等还用区间作图检测到了相应的 明了主基因存在的普遍性 。 花纤维品质遗传改良的难点 棉花育种者早就认识到了皮棉产量与长度、强度的负相关 （ 1967； 1971； 1974； 1976）。 （ 1958） 认为皮棉产量与纤维强度的相关性由连锁或一因多效引起。 1967）及 1971） 通过互交 降低 了遗传相关关系，因而认为是连锁控制了产量与比强度的关系 ，说明尽管纤维品质与产量同步改进是个难点，但是也存在可能性 。 质库中产量与品质的同步改良较好地解释了这种连锁关系 （ 1974； et 1979）。 通过杂交选择，使皮棉产量与纱线强力的相关系数由原来的 显著）变为 显著），并选育了高强纤维品种1975 年作为 放，这是发放的第一个携有三元杂种的优质纤维品种。 1984 年推广，替换 推广至今的 种中， 有广阔的适应性， 纤维 强度好。 中国农业科学院研究生院学位论文 第一章 引言 3 维品质遗传改良的分子标记辅助选择 分子标记是继形态标记、细胞学标记和生化标记之后发展起来的较为理想的遗传标记类型，近年来发展迅速。 筛选与重要农艺性状紧密连锁 (或共分离 )的分子标记， 因为分子标记的基因型是可以识别的，如果目标性状与某个分子标记紧密连锁，那么通过分子标记对目标性状的基因型进行检测，就能获知目标基因的基因型。 将分子标记技术用于作物重要农艺性状的辅助育种选择可大大缩短育种时间 ,提高 选择 效率。 1994） 报道了分子标记与棉花产量和纤维品质性状的关系，指出分子标记对于提高棉花育种效率具有重要意义。 子标记的类型与特点 广义的分子标记（ 指可遗传并可检测的 列或蛋白质。而现在被人们广泛接受的是狭义的分子标记的概念，它只指 记。以生物个体间 序列差异作为分子标记的研究始于 20 世纪 80 年代，其后随着分子生物技术的发展，先后产生了数十种 们分别基于 子杂交技术、 术和 片技术。分子标记因其无可比 拟的优点而被广泛地应用于作物遗传育种、基因定位和克隆、亲缘关系鉴定及系统进化等方面 研究 。目前常用的分子标记技术主要有 。 记 限制性片段长度多态性（ 记，作为遗传分析的工具开始于 1974 年，由 创立，从 20 世纪 80 年代开始用于植物，是较早应用于基因标记的一项分子技术。 主要技术原理是由于不同基因型之中内切酶位点的碱基插 入、缺失、重组或突变，利用限制内切酶消化基因组 ，会产生大小不同的 段，用标记过的特异性探针经交后显色或显影来检测分离的条带，以酶切片段长度的多态性作为标记。 其优点是：无表型效应，其检测不受环境条件和发育阶段的影响； 交检测方法稳定可靠；共显性，可区别纯合基因型和杂合基因型；可利用的探针很多，可检测到很多遗传位点 。记 在植物遗传作图和 位中具有非常突出的优势。 缺点是：对 质量要求高， 用 量大，操作复杂，通常要接触放射性。 记是最早 用于构建遗传图谱的 子标记，截至目前，各种作物的遗传图谱中记占大多数。 记也是棉花上最早使用的分子标记。早在 1989 年， 就利用 四倍体棉种和 A、 D 染色体组的二倍体棉种的叶绿体 行研究。 记 随机扩增多态性（ 记是 990 年各自