密 級(jí) : 秘 密 論文編號(hào) : 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 陸地棉纖維細(xì)度相關(guān)性狀的遺傳 及分子標(biāo)記研究 of in .) of in .) I 摘 要 本論文以纖維強(qiáng)度與細(xì)度差異較大的抗蟲(chóng)陸地棉品系 高強(qiáng)纖維種質(zhì)系 建 分 離群體，利用 離群體以 記構(gòu)建連鎖圖譜，采用復(fù)合區(qū)間作圖法（ 對(duì) 目前研究較少的 纖維 細(xì)度相關(guān)性狀（纖維線密度和成熟度比率） 及產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行 位研究 ，從分子水平上初步揭示纖維強(qiáng)度及細(xì)度等性狀的遺傳關(guān)系 ，為這些性狀的分子標(biāo)記輔助育種利用奠定基礎(chǔ)， 有助于 我國(guó)棉花 纖維品質(zhì)指標(biāo)的全面協(xié)調(diào)提高。 多基因混合遺傳模型的單世代和四世代聯(lián)合分析方法對(duì)纖維細(xì)度相關(guān)品質(zhì)及產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行了遺傳分析，明確了 主要纖維細(xì)度相關(guān)性狀纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、整齊度及產(chǎn)量性狀鈴重、衣分上均由一到兩對(duì)主基 因控制，前人研究較少的纖維線密度也存在一對(duì)主基因控制。 克隆值與整齊度呈極顯著正相關(guān)；成熟度比率與整齊度不相關(guān)；線密度與整齊度呈 顯著或極顯著正相關(guān)，與伸長(zhǎng)率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度及衣分不相關(guān)。線密度與各性狀的相關(guān)要比馬克隆值和成熟度比率穩(wěn)定。因此，有必要對(duì)線密度進(jìn)行深入研究。 449 對(duì)微衛(wèi)星引物對(duì) 親本和 樣 行 多態(tài)性篩選，得到 86 對(duì)引物的 109 條特異帶。 利用 代分離群體構(gòu)建了 鎖圖譜，共構(gòu)建 14 個(gè)連鎖群，并通過(guò)與已有遺傳圖譜等的 比較將 12 個(gè)連鎖群定位在對(duì)應(yīng)的染色體上，包含 68 個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)，覆蓋 當(dāng)于棉花總基因組的 平均每個(gè)連鎖群覆蓋 2 和 的纖維品質(zhì)及產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過(guò)復(fù)合區(qū)間作圖共定位 28 個(gè) 中纖維品質(zhì)性狀的 21 個(gè)，產(chǎn)量相關(guān)性狀的 7 個(gè)。品質(zhì)性狀中纖維長(zhǎng)度 7 個(gè)，纖維強(qiáng)度 4 個(gè)，馬克隆值 3 個(gè)，纖維整齊度 1 個(gè)，纖維伸長(zhǎng)率 3 個(gè)，纖維線密度 2 個(gè)，纖維成熟度比率 1 個(gè)。產(chǎn)量性狀中株高 1個(gè)，鈴重 3 個(gè)，衣分 2 個(gè)，鈴數(shù) 1 個(gè)。 5通過(guò)復(fù)合區(qū)間作圖共篩選到不同世代表現(xiàn)穩(wěn)定的主效 個(gè)。纖 維品質(zhì)性狀共 5 個(gè)，其中纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、馬克隆值和纖維伸長(zhǎng)率 個(gè)數(shù)分別為 2、 1、 1 和 1 個(gè)。產(chǎn)量性狀中衣分 1 個(gè) 定位的馬克隆值及衣分的 能與 前人已報(bào)道的 同外，其它 4 個(gè)均尚未見(jiàn)報(bào)道。 通過(guò)單標(biāo)記分析方法，從未進(jìn)入連鎖群的 41 個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)中篩選到 14 個(gè)不同世代表現(xiàn)穩(wěn)定的顯著性標(biāo)記，強(qiáng)度性狀的 1 個(gè)顯著性標(biāo)記 前人定位的兩世代穩(wěn)定的一個(gè)強(qiáng)度最近標(biāo)記相同，其它顯著性標(biāo)記也未見(jiàn)報(bào)道。這些 不同世代均穩(wěn)定遺傳的 用于標(biāo)記輔助選擇。 6不同性狀 簇分布分析，進(jìn)一步從分子水 平上驗(yàn)證了 表型間相關(guān)分析結(jié)果，表明了不同性狀基因緊密連鎖或一因多效的普遍性，意味著利用目標(biāo) 行輔助選擇的同時(shí)， 還需要綜合考慮全基因組的信息，若定位的目標(biāo) 其他不良 密連鎖，需要對(duì)其它性狀不良 行背景控制。 關(guān)鍵詞 ：陸地棉，纖 維品質(zhì)， 子標(biāo)記，遺傳， 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 .)， 錄 第一章 引言 . 1 國(guó)棉纖維品質(zhì)現(xiàn)狀 . 1 花纖維品質(zhì)性狀的遺傳 . 1 維品質(zhì)性狀遺傳分析 . 1 基因與多基因分析 . 2 花纖維品質(zhì)遺傳改良的難點(diǎn) . 2 維品質(zhì)遺傳改良的分子標(biāo)記輔助選擇 . 3 子標(biāo)記的類型與特點(diǎn) . 3 量性狀基因（ 圖方法 . 6 量性狀基因（ 圖群體 . 8 倍體棉花基因組的特點(diǎn) . 9 花數(shù)量性狀基因（ 位研究進(jìn)展 . 9 子標(biāo)記輔助選擇育種的展望 . 12 第二章 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 . 13 料與方法 . 14 料 . 14 狀調(diào)查 . 14 取 . 14 記篩選 . 16 增產(chǎn)物的銀染檢測(cè) . 18 2 群體單株標(biāo)記基因型檢測(cè) . 19 據(jù)分析 . 20 鎖圖構(gòu)建和染色體定位 . 20 析 . 20 果與分析 . 22 維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀表型遺傳分析 . 22 基因與多基因最適模型選擇及遺傳效應(yīng)估計(jì) . 25 型性狀相關(guān)分析 . 29 組合（ 建連鎖群 . 31 位分析 . 43 V 第三章 討論 . 56 地棉栽培品種遺傳基礎(chǔ)狹窄 . 56 維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀的遺傳分析 . 56 維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀的主基因遺傳 . 56 維品質(zhì)及產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析 . 57 記產(chǎn)生多位點(diǎn)的現(xiàn)象 . 57 記的偏分離 . 58 記的雙向效應(yīng) . 58 維細(xì)度相關(guān)品質(zhì)及產(chǎn)量相關(guān)性狀 析 . 59 維品質(zhì)性狀 析 . 59 量性狀 析 . 60 同性狀或不同世代同一性狀 成簇分布 . 61 質(zhì)或產(chǎn)量性狀間 成簇分布 . 61 同類性狀 成簇分布 . 62 量與品質(zhì)性狀同步改良問(wèn)題 . 62 第四章 全文結(jié)論 . 64 參考文獻(xiàn) . 65 致謝 . 74 作者簡(jiǎn)歷 . 75 文縮略表 英文縮寫 英文全稱 中文名稱 s 2L（ Y/） +2k 復(fù)合區(qū)間作圖法 色體片斷代換系 六烷基三甲基溴化銨 脫氧核糖核苷酸 二胺四乙酸 簡(jiǎn)作圖法 鎖群 of 然比對(duì)數(shù)值 子標(biāo)記輔助選擇 等基因系 密度 丙烯酰胺凝膠電泳 合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 乙烯吡咯烷酮 量性狀位點(diǎn) 機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性 標(biāo)記分析 片斷代換系 簡(jiǎn)單序列重復(fù) 合酶 羥甲基氨基甲烷硼酸乙二胺四乙酸 羥甲基氨基甲烷乙二胺四乙酸 羥甲基氨基甲烷 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院學(xué)位論文 第一章 引言 1 第一章 引言 棉花是世界性的重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維是一種重要的紡織工業(yè)原料。 棉花纖維品質(zhì)優(yōu)劣與紡織品質(zhì)量、國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及整個(gè)植棉業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。我國(guó)是世界原棉、紡織品和服裝生產(chǎn)大國(guó)。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái) ,對(duì)純棉制品的需求增大 和 高效快速的紡紗技術(shù)的應(yīng)用 ,對(duì)棉花品種的總體纖維品質(zhì) ,提出了更高的要求。但是國(guó)產(chǎn)棉纖維品質(zhì)與國(guó)外優(yōu)質(zhì)棉品質(zhì)還存在很大差距，再 加上纖維品質(zhì)性狀的復(fù)雜性，品質(zhì)育種周期長(zhǎng)、成本高、選擇效率低 ,導(dǎo)致纖維品質(zhì)育種進(jìn)展緩慢，棉纖維品質(zhì)的改良雖經(jīng)過(guò)多年的艱苦努力，纖維品質(zhì)與產(chǎn)量的負(fù)相關(guān)依然存在。 國(guó)棉纖維品質(zhì)現(xiàn)狀 我國(guó)棉花育種工作者 20 世紀(jì) 80 年代以前對(duì)纖維品質(zhì)性狀除纖維長(zhǎng)度外并沒(méi)有引起足夠的重視，致使我國(guó)自育棉花品種產(chǎn)量水平較高，但品質(zhì)差，難以適應(yīng)紡織工業(yè)對(duì)棉花纖維的要求。楊偉華等人 （ 2001） 按新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 近 20 年我國(guó)自育品種的纖維品質(zhì)分析指出 ,我國(guó)棉花品種的纖維主體長(zhǎng)度或 跨距長(zhǎng)度主要集中在 27 30圍內(nèi) ,比強(qiáng)度分布較寬 ,從 15cN/5cN/要集中在 17 23cN/克隆值主要處在 據(jù)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)檢測(cè)中心 2002 年對(duì)我國(guó)主產(chǎn)棉省的抽查， 13 個(gè)主產(chǎn)棉省的 47 個(gè)主栽陸地棉品種的纖維長(zhǎng)度為 均 29比強(qiáng)度平均為 cN/克隆值平均為 2005 年我國(guó)主產(chǎn)棉省的抽查， 10 個(gè)主產(chǎn)棉省的 49 個(gè)主栽陸地棉品種的纖維長(zhǎng)度為 26. 0 32.8 要在 28；比強(qiáng)度為 37.0 cN/要分布在 28 29 cN/克隆值主要分布在 （ ，其次在 A 級(jí) ( ）。 總之 ，我國(guó)棉花纖維品質(zhì)較以前有了很大的改進(jìn)，但 國(guó)產(chǎn)原棉的長(zhǎng)度類型單一 ,其長(zhǎng)度和強(qiáng)度只能滿足加工 32 42 支紗的質(zhì)量要求 ,根本缺乏長(zhǎng)度在 上 ,比強(qiáng)度在 上 ,馬克隆值 可加工 60 支以上細(xì)紗的優(yōu)質(zhì)棉 ； 級(jí)別 ,由于產(chǎn)量和售價(jià)低 ,棉農(nóng)不愿種植 ,因此十分缺乏。 花纖維品質(zhì)性狀的遺傳 維品質(zhì)性狀遺傳分析 棉花數(shù)量遺傳的開(kāi)拓者是 。 有關(guān)棉花纖維品質(zhì)數(shù)量遺傳的研究報(bào)道很多，但因試驗(yàn)材料、地點(diǎn)、年份及纖維品質(zhì)測(cè)試和分析方法的不同，試驗(yàn)結(jié)果有一定的差異。 1999） 綜合了 13 篇有關(guān)纖維品質(zhì)性狀遺傳的報(bào)道，大多數(shù)研究認(rèn)為：纖維長(zhǎng)度的遺傳方差大于非遺傳方差?；蛐秃偷攸c(diǎn)、年份間互作只在少數(shù)研究中發(fā)現(xiàn)，而且效應(yīng)較小 。大多數(shù)研究結(jié)果顯示纖維長(zhǎng)度的加性效應(yīng)大于非加性效應(yīng)。少數(shù)研究（ 1975； 1994）發(fā)現(xiàn)纖維長(zhǎng)度的非加性遺傳方差大于加性遺傳方差（可能其所用材料特殊的原因）。 大量實(shí)驗(yàn)表明 ,陸陸雜種與陸海雜種的纖維品質(zhì)表現(xiàn)差異較大。通常陸陸雜種表現(xiàn)相當(dāng)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院學(xué)位論文 第一章 引言 2 穩(wěn)定 ,趨于中親值 ，陸海雜種纖維性狀的優(yōu)勢(shì)比陸陸雜種大得多。 在有關(guān)陸地棉 （ .） 的 22 篇文獻(xiàn)中 ,15 篇（ 68%）報(bào)道纖維長(zhǎng)度以加性效應(yīng)為主 ,5 篇 （ 23%） 顯性效應(yīng)為主 ,其中 3 篇存在上位性。多數(shù)研究表 明纖維比強(qiáng)度的基因型與環(huán)境互作較小，以加性效應(yīng)為主，從單株到群體的遺傳率高 。 在統(tǒng)計(jì)的 18 篇文獻(xiàn)中， 比強(qiáng)度 以加性效應(yīng)為主的 16 篇（ 89%） ，以顯性為主的僅 2 篇，其中 1 篇存在上位性。統(tǒng)計(jì)的 17 篇文獻(xiàn)中，其中 12 篇（ 71%） 馬克隆值以顯性效應(yīng)為主 ， 5 篇以加性遺傳效應(yīng)為主。 纖維整齊度 的研究重視不夠，其既受環(huán)境影響，也不排除遺傳變異（ 1991； et 1996）。 纖維伸長(zhǎng)率 主要受加性遺傳效應(yīng)控制。關(guān)于纖維細(xì)度的遺傳， 1999） 總結(jié)了 17 篇有關(guān)纖維細(xì)度的報(bào)道，有半數(shù)研究 表明，纖維細(xì)度的非遺傳變異大于遺傳變異。 且其 遺傳率較低，在 40%左右。自 多數(shù)纖維性狀自交衰退小。所有的研究表明纖維性狀在雜種中表現(xiàn)近于中親值。盡管存在部分顯性 ,但加性遺傳占絕大部分，優(yōu)勢(shì)很低。 基因與多基因分析 經(jīng)典數(shù)量性狀通常是指受大量微 效 基因控制，表型呈單峰分布的一類性狀，目前 圖的結(jié)果以及利用新的統(tǒng)計(jì)工具對(duì)已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重新分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)許多 經(jīng)典 數(shù)量性狀來(lái)說(shuō)，控制性狀遺傳的基因在效應(yīng)大小上是有差異的，表現(xiàn)為主基因和多基因混合遺傳的模式。 1986）和 1990） 最先提出了一個(gè)單基因 是利用分離分析方法分析數(shù)量性狀主基因的先驅(qū)；后來(lái)，王健康、蓋鈞鎰、章元明等也提出了多世代主基因 1951）、 1992）、 1994）、 袁有祿（ 2002）、殷劍美（ 2003）、王淑芳（ 2006）等人的研究結(jié)果均表明，纖維強(qiáng)度等一些品質(zhì)性狀并不按數(shù)量性狀的方式分離，而是由少數(shù)主基因控制。同樣，杜雄明（ 1999）、殷劍美（ 2003）等人的研究也表明，某些材料的產(chǎn)量性狀鈴重、衣分 等性狀也存在主基因，并且，殷劍美等還用區(qū)間作圖檢測(cè)到了相應(yīng)的 明了主基因存在的普遍性 。 花纖維品質(zhì)遺傳改良的難點(diǎn) 棉花育種者早就認(rèn)識(shí)到了皮棉產(chǎn)量與長(zhǎng)度、強(qiáng)度的負(fù)相關(guān) （ 1967； 1971； 1974； 1976）。 （ 1958） 認(rèn)為皮棉產(chǎn)量與纖維強(qiáng)度的相關(guān)性由連鎖或一因多效引起。 1967）及 1971） 通過(guò)互交 降低 了遺傳相關(guān)關(guān)系，因而認(rèn)為是連鎖控制了產(chǎn)量與比強(qiáng)度的關(guān)系 ，說(shuō)明盡管纖維品質(zhì)與產(chǎn)量同步改進(jìn)是個(gè)難點(diǎn)，但是也存在可能性 。 質(zhì)庫(kù)中產(chǎn)量與品質(zhì)的同步改良較好地解釋了這種連鎖關(guān)系 （ 1974； et 1979）。 通過(guò)雜交選擇，使皮棉產(chǎn)量與紗線強(qiáng)力的相關(guān)系數(shù)由原來(lái)的 顯著）變?yōu)?顯著），并選育了高強(qiáng)纖維品種1975 年作為 放，這是發(fā)放的第一個(gè)攜有三元雜種的優(yōu)質(zhì)纖維品種。 1984 年推廣，替換 推廣至今的 種中， 有廣闊的適應(yīng)性， 纖維 強(qiáng)度好。 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院學(xué)位論文 第一章 引言 3 維品質(zhì)遺傳改良的分子標(biāo)記輔助選擇 分子標(biāo)記是繼形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記和生化標(biāo)記之后發(fā)展起來(lái)的較為理想的遺傳標(biāo)記類型，近年來(lái)發(fā)展迅速。 篩選與重要農(nóng)藝性狀緊密連鎖 (或共分離 )的分子標(biāo)記， 因?yàn)榉肿訕?biāo)記的基因型是可以識(shí)別的，如果目標(biāo)性狀與某個(gè)分子標(biāo)記緊密連鎖，那么通過(guò)分子標(biāo)記對(duì)目標(biāo)性狀的基因型進(jìn)行檢測(cè)，就能獲知目標(biāo)基因的基因型。 將分子標(biāo)記技術(shù)用于作物重要農(nóng)藝性狀的輔助育種選擇可大大縮短育種時(shí)間 ,提高 選擇 效率。 1994） 報(bào)道了分子標(biāo)記與棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀的關(guān)系，指出分子標(biāo)記對(duì)于提高棉花育種效率具有重要意義。 子標(biāo)記的類型與特點(diǎn) 廣義的分子標(biāo)記（ 指可遺傳并可檢測(cè)的 列或蛋白質(zhì)。而現(xiàn)在被人們廣泛接受的是狹義的分子標(biāo)記的概念，它只指 記。以生物個(gè)體間 序列差異作為分子標(biāo)記的研究始于 20 世紀(jì) 80 年代，其后隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，先后產(chǎn)生了數(shù)十種 們分別基于 子雜交技術(shù)、 術(shù)和 片技術(shù)。分子標(biāo)記因其無(wú)可比 擬的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于作物遺傳育種、基因定位和克隆、親緣關(guān)系鑒定及系統(tǒng)進(jìn)化等方面 研究 。目前常用的分子標(biāo)記技術(shù)主要有 。 記 限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（ 記，作為遺傳分析的工具開(kāi)始于 1974 年，由 創(chuàng)立，從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始用于植物，是較早應(yīng)用于基因標(biāo)記的一項(xiàng)分子技術(shù)。 主要技術(shù)原理是由于不同基因型之中內(nèi)切酶位點(diǎn)的堿基插 入、缺失、重組或突變，利用限制內(nèi)切酶消化基因組 ，會(huì)產(chǎn)生大小不同的 段，用標(biāo)記過(guò)的特異性探針經(jīng)交后顯色或顯影來(lái)檢測(cè)分離的條帶，以酶切片段長(zhǎng)度的多態(tài)性作為標(biāo)記。 其優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)表型效應(yīng)，其檢測(cè)不受環(huán)境條件和發(fā)育階段的影響； 交檢測(cè)方法穩(wěn)定可靠；共顯性，可區(qū)別純合基因型和雜合基因型；可利用的探針很多，可檢測(cè)到很多遺傳位點(diǎn) 。記 在植物遺傳作圖和 位中具有非常突出的優(yōu)勢(shì)。 缺點(diǎn)是：對(duì) 質(zhì)量要求高， 用 量大，操作復(fù)雜，通常要接觸放射性。 記是最早 用于構(gòu)建遺傳圖譜的 子標(biāo)記，截至目前，各種作物的遺傳圖譜中記占大多數(shù)。 記也是棉花上最早使用的分子標(biāo)記。早在 1989 年， 就利用 四倍體棉種和 A、 D 染色體組的二倍體棉種的葉綠體 行研究。 記 隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性（ 記是 990 年各自