棉花纤维长度近等基因系R01—40—08的背景遗传效应分析

张霞等

摘要：从海岛棉Pima S-6中鉴定了一个1号染色体上稳定表达的纤维长度QTL（qFL-chr1），针对这一目标QTL，通过标记辅助选择得到近等基因系R01-40-08。近等性分析结果表明，该近等基因系其他7条染色体上仍含有 Pima S-6 的渐渗片段。以Tamcot 2111（轮回亲本）与R01-40-08（供体亲本）构建了1个含有1 672个单株的F2群体，分析了其他染色体上Pima S-6渐渗片段对纤维长度的遗传效应，单标记分析结果表明，位于14号染色体上的2个标记（NAU2190 和NAU5465）对纤维长度有显著的影响。

关键词：纤维长度；渐渗系；近等基因系

中图分类号： S562.032文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）10-0085-03

收稿日期：2014-04-16

基金项目：国家自然科学基金（编号：31171595）；江苏省农业科技自主创新资金[编号：CX（12）5039]。

作者简介：张霞（1988—），女，山东莒县人，硕士研究生，主要从事棉花分子育种研究。Tel：（025）84390291；E-mail：zxia_1988@163.com。

通信作者：沈新莲，博士，研究员，主要从事棉花分子育种研究。Tel：（025）84390291；E-mail：xlshen68@126.com。棉花是世界上重要的纤维作物，纤维品质是评价棉花品种的重要指标之一。纤维长度、纤维强度等重要品质指标与棉花产量及产量构成因素存在显著的负相关关系[1-5]，这些因素制约了棉纤维品质的遗传改良。分子标记技术的发展为研究纤维品质的遗传和改良提供了一条新途径，迄今为止，国内外学者利用不同的优质纤维材料筛选并鉴定了100多个与纤维长度相关的数量性状位点[6]。目前，这些研究所用的群体都为F2、BC1和重组自交系群体，群体遗传背景较复杂，存在如QTL间的互作与QTL与环境的互作，导致所估计的QTL的效应与位置的精确性有限。由这些群体获得的QTL的分辨率通常在10～30 cM之间[7-8]。在这样大的区间内，可能存在多个连锁的QTL，无法分解紧密连锁的负相关性状QTL，影响标记辅助选择的效率以及对分子机理的研究。

近年来，近等基因系被广泛用于植物数量性状QTL的精细定位研究中[9-11]，因为近等基因系只含有供体的1个至几个渐渗片段，性状的复杂性被降低到类似于由单基因控制的性状，可以更精确地估计QTL的效应、研究QTL之间的互作及QTL与环境的互作，在目标QTL区域形成的重叠渐渗系可以促进数量性状基因的精细作图，降低连锁累赘程度，最终完成QTL图位克隆。除了目标染色体区域外，近等基因系通常含有一定数量的供体染色体片段，这些遗传背景对目标QTL的效应具有影响，影响目标QTL的精细定位及遗传效应估计。

在前期研究中，美国佐治亚大学通过回交高代QTL作图方法，从海岛棉Pima S-6中筛选、鉴定了1个1号染色体上的纤维长度QTL（qFL-chr1），该QTL解释的表型变异较高（12%～24%），而且在多个群体中均能检测到[12]。针对这一目标QTL，江苏省农业科学院与美国佐治亚大学通过标记辅助选择共同培育了近等基因系R01-40-08，该近等基因系在美国、中国南京的多年多点试验中纤维长度均显著高于轮回亲本Tamcot 2111[13]。本研究以Tamcot 2111与R01-40-08为亲本构建了1个F2群体，分析了其他染色体上Pima S-6渐渗位点对纤维长度的遗传效应，以期构建高遗传相似度的纤维长度单QTL近等基因系，为后期纤维长度QTL图位克隆提供重要的材料基础。

1材料与方法

1.1材料

江苏省农业科学院与美国佐治亚大学通过标记辅助选择共同培育了1个增效基因来源于海岛棉Pima S-6的纤维长度QTL单片段渐渗系R01-40-08。

1.2群体构建

2008年，将R01-40-08种植在江苏省农业科学院溧水植物试验基地，以Tamcot 2111为母本与R01-40-08供体亲本杂交获F1；同年冬季将F1种植在海南试验基地，自交得F2；2009年将F2群体（共1 672个单株）种植在江苏省农业科学院溧水植物科学试验基地，收获重组个体单株籽棉，棉样送交农业部纤维检测实验室检测纤维品质。2010年重组个体家系种植在江苏省农业科学院溧水植物科学试验基地，重复2次，按家系收获籽棉，棉样送交农业部纤维检测实验室检测纤维长度（FL）。纤维长度由HVI900纤维品质测试仪检测。

1.3SSR分析

DNA采用改进的CTAB法提取[14]。引物参照Guo等发表的遗传图谱选择[15-16]。SSR参照文献[17]分析。

1.4单标记分析

根据分子标记结果将数据分组，利用方差相同的t测验检验组间平均数的差异，确定标记与性状的连锁关系[18]。把性状与标记的回归方程中的决定系数作为标记能够解释性状的效应[19]。

2结果与分析

2.1近等基因系R01-40-08的近等性分析

为了分析近等基因系R01-40-08与轮回亲本的遗传相似度，根据已发表的2个棉花遗传连锁图谱[15-16]，选择534个分布于棉花整个基因组的SSR引物分析渐渗系R01-40-08与供体亲本Pima S-6和轮回亲本Tamcot 2111之间的多态性。结果表明，供体亲本Pima S-6和轮回亲本Tamcot 2111呈现多态性的引物有413个，其中R01-40-08和轮回亲本Tamcot 2111之间呈现多态性的引物23个。其中1号染色体11个（BNL2921、JESPR240、NAU422、MUSS84、MUSS422、CIR018、JESPR56、NAU2182、TMD03以及BNL3090和STS引物（STS38）1对、2号染色体1个（NAU2858）、3号染色体2个（NAU1167和NAU5445）、14号染色体3个（NAU2190、NAU3820、NAU5465）、15号染色体1个（NAU2573）、19号染色体3个（NAU3110、NAU1221、NAU1042）、20号染色体1个（NAU3407）、23号染色体1个（NAU3732）。遗传背景相似性估计=N/S×100%，式中：N表示R01-40-08和轮回亲本Tamcot 2111之间为单态的标记数，S表示供体亲本Pima S-6和轮回亲本Tamcot 2111之间呈现多态性的引物总数（390/413=94.43%），因此渐渗系含有轮回亲本Tamcot 2111的94.43%基因组。

前期研究中在回交高代QTL分析中发现，除了1号染色体外，14、15、20、23号染色体上也存在纤维长度QTL[12]。基于RFLP和SSR的遗传图谱[20]和SSR标记的遗传图谱[15]中的桥梁标记，由此推断14、15、23号染色体上的Pima S-6遗传位点与纤维长度QTL连锁较紧密，可能这些位点对纤维长度QTL依然存在遗传效应。

2.2Pima S-6背景遗传位点对纤维长度的影响

为了进一步证实Pima S-6遗传背景对纤维长度的影响，本研究以Tamcot 2111为母本与R01-40-08供体亲本构建了1个含有1 672个单株的F2群体。根据目标QTL区间分子标记基因型的筛选，共鉴定了432个重组个体，用上述12对位于非目标QTL区间上的引物对F2群体的重组个体进行基因型鉴定并进行单标记分析，根据基因型鉴定结果，对单标记带型含有Pima S-6片段与不含有Pima S-6片段进行方差分析。对2009年F2群体背景标记对纤维长度单标记分析结果，遗传背景中Pima S-6位点对纤维长度影响不显著；对2010年F3群体单标记分析结果，14号染色体上的2个标记NAU2190 和NAU5465对纤维长度有显著的影响（表1）。15、23号上的Pima S-6遗传位点对纤维长度没有影响，可能在回交的过程中Pima S-6遗传位点与纤维长度QTL已发生重组，不存在连锁关系。

表1Pima S-6遗传背景单标记方差分析

标记染色体贡献率（%）P值2009年2010年2009年2010年NAU1167Chr.33.65.40.870.20NAU3820Chr.142.21.90.630.48NAU5465Chr.1400.30.240.022NAU2190Chr.140. 21.80.110.005NAU1221Chr.196.83.50.890.22NAU3110Chr.191.43.70.160.31NAU3407Chr.201.900.640.16NAU3732Chr.231.70.10.630.81

3结论与讨论

随着QTL定位技术在各种作物中的广泛应用，借助分子连锁图谱进行QTL分析以及对目标QTL构建近等基因系，通过构建NIL群体来进行QTL的精确定位，可以使复杂的数量性状也能像孟德尔因子一样进行分析，进而通过图位克隆来获得数量性状位点基因，最大限度挖掘有利基因位。近等基因系可通过连续多次回交法[21]、从突变体中分离获得[22]和杂交高世代群体中分离选育[23]等方法。利用分子标记辅助选择结合连续回交选育法是获得近等基因系最有效的手段。在回交过程中，除了目标性状基因转移外，尽快恢复轮回亲本的基因组是构建近等基因系的关键。除了目标染色体区域外，近等基因系通常含有一定数量的供体染色体片段，这些遗传背景对目标QTL效应产生影响，从而影响目标QTL的精细定位及遗传效应的估计。

本研究中的近等基因系R01-40-08是通过回交高代QTL作图方法并结合分子标记辅助选择创造获得的。Yamamoto等曾使用经典的高世代回交方法获得近等基因系并精细定位和克隆了水稻抽穗期QTL[24-25]。尽管该方法获得近等基因系耗时较长，但由于近等基因系与轮回亲本背景高度相似，所以极适合微效QTL遗传效应的估计。近等性分析表明，R01-40-08 已含有轮回亲本94.43%的基因组，背景中仍含有少量Pima S-6渐渗位点。在对棉花1号染色体上纤维长度QTL精细定位的基础上，继续选择在目标QTL区间含有较小渐渗片段的重组个体，与轮回亲本回交，并结合前景与背景分子标记辅助选择以及表型鉴定，可以获得遗传背景与轮回亲本高度相似的单QTL近等基因系。这些纤维长度单QTL近等基因系的获得为数量性状位点图位克隆和基于单个数量性状位点下纤维发育的分子机制研究创造重要的材料。

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