优质高产品种派生RIL群体与重测序鉴定新的棉花QTL和基因

【作者】 王省芬； 谷淇深； 柯会锋； 张艳； 李志坤； 吴立强； 张桂寅； 杨君； 王国宁； 张冬梅； 吴金华； 阎媛媛； 崔彦茹； 吴立柱； 王星懿； 马峙英；

【机构】 河北农业大学/华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物种质资源重点实验室；

【摘要】 [背景]作物重要目标性状数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL)定位是开展基因图位克隆和分子标记辅助育种的重要基础。陆地棉作为棉花主要栽培种之一,具有适应性广、产量高的优良特性,其面积占全球棉花的90%以上。目前,研究者针对棉花纤维品质、产量、抗逆性、叶片形状等性状已经开展了QTL定位研究,取得了一些重要进展。然而,利用现代育成品种衍生的大规模群体与高通量重测序、多环境表型鉴定相结合开展QTL定位、挖掘候选基因的报道仍然较少。[方法]以自育的多抗优质品种农大棉13号(Ⅰ型品质)与多抗高产品种农大601为亲本,以单粒传法构建了1套含有5 8 8个株系的重组自交系群体,进而利用全基因组重测序手段挖掘亲本间单核苷酸多态性(SNP)位点,以滑窗法对重组自交系群体进行全基因组基因型划分,将SNP整合成bin标记,构建高密度分子连锁图谱。2017-2019年,在海南三亚、河北沧州、新疆轮台共8个环境对该群体的8个纤维品质、5个产量相关性状进行鉴定,结合重测序数据,获得目标性状新的主效QTL和重要候选基因。[结果]对亲本(20×)及子代群体(4×)进行重测序分析,共得到232 946个‘aaXbb’型SNP,将所有SNP整合成6 737个bin标记,构建了含有6 187个bin标记、遗传距离4 478.98 cM、平均遗传距离0.72 cM的高密度分子连锁图谱。共检测到152个QTL,其中33个QTL与本团队2018年发表在《NatureGenetics》上的关联区段及前人报道的QTL重叠,92个纤维品质QTL分布在Dt亚组上的数量近乎是At亚组的2倍。发现近1/3的QTL分布在Dt02上,其中与纤维品质相关的QTL的有利基因基本来源于优质亲本农大棉13号,而与产量相关的QTL的有利基因则来源于高产亲本农大601;还发现25个QTL clusters区域,可能是控制纤维品质及产量性状的基因热点区,其中4个clusters与纤维长度、断裂比强度和铃重相关且加性效应相同。鉴定出24个与纤维品质相关、12个与产量相关并稳定存在的QTL,其中4个QTL qFL-D02-1、qFL-D02-4、qFS-D11-1、qLP-A03-1至少能在6个环境被检测到,且与纤维长度、断裂比强度和衣分等性状相关,所解释的表型变异可达10%,结合亲本纤维发育转录组数据,筛选出7个亲本间存在显著差异表达的候选基因Ghir_D02G002530、Ghir_D02G002580、Ghir_D02G010340、Ghir_D02G011110、Ghir_D11G029600、Ghir_D11G030120、Ghir_A03G020290,预示这些基因可能影响纤维品质和产量。此外,综合分析性状表现,筛选出3个遗传背景明确,抗病性、纤维品质和产量表现均优的新品系。[结论]首次利用重测序构建了密度最大的棉花分子连锁图谱,发现了纤维品质及产量QTL在染色体上的分布规律,鉴定到4个稳定且效应较大的新QTL和7个可能与纤维品质及产量相关的新基因,筛选出3个抗病性、品质、产量表现较好且遗传背景清楚的棉花新品系。更多还原