基于RTM-GWAS挖掘陆地棉株型相关性状QTL优异等位变异

【作者】 马麒； 谢晓宇； 李吉莲； 宁新柱； 徐守振； 刘文豪； 王彩香； 林海； 宿俊吉；

【机构】 新疆农垦科学院棉花研究所/农业农村部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室/新疆生产建设兵团棉花改良与高产栽培重点实验室； 甘肃农业大学生命科学技术学院；

【摘要】 [目的]新疆是我国棉花的主产区,随着新疆棉花"密、早、矮、膜"栽培模式和机采棉大面积推广,相对紧凑的株型结构在棉花生产中的作用日益凸显,是当前我国棉花遗传育种最主要的目标之一。限制性两阶段多位点全基因组关联分析（Restricted two-stage multi-locus genome-wide association study,RTM-GWAS）是新建立的一种可以全面检测自然群体不同复等位变异数量性状位点（Quantitative trait locus,QTL）的关联分析方法。利用RTM-GWAS全面解析控制陆地棉株型相关性状QTL的遗传构成及优异等位变异,可为我国棉花株型性状的遗传改良奠定重要基础。[方法]以315份陆地棉种质资源构成的自然群体为研究对象,在新疆石河子和河南安阳2个试验点2年进行3个株型相关性状的表型鉴定。利用SLAF-seq（Specific-locus amplified fragment sequencing）对自然群体进行基因组测序开发单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism,SNP）标记,利用RTM-GWAS方法构建具有复等位变异的SNP连锁不平衡区段（SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB）标记;使用RTM-GWA S模型,在单个环境和多环境条件下分别检测与株型相关性状显著的关联位点;进一步分析显著关联SNPLDB位点的有利单倍型/等位变异类型与目标性状之间的关系,以及有利单倍型/等位变异类型在自然群体中的频率分布情况。[结果]陆地棉自然群体3个株型相关性状的表型差异较大,广义遗传率相对较高,适用于株型相关性状的关联分析。通过S LAF-s e q简化基因组测序开发了1 236 418个SNP标记,质控过滤后获得13 391个高质量的SNP标记,构建9 244个具有复等位变异的SNPLDB标记。利用RTM-GWAS方法在多环境条件下分别检测到68、34和55个与株高（Plant height,PH）、果枝夹角（Fruit branch angle,FB A）和果枝长度（Fruit branch length,FBL）显著关联的SNPLDB标记位点;在此基础上,估计每个显著SNPLDB位点标记的单倍型或等位变异的遗传效应,建立能提供自然群体遗传组成信息的QTL-等位变异矩阵。最为关键的是,9个显著关联SNPLDB位点标记在单个环境和多环境条件下被检测到,且具有较高的一lgP值（大于10.00）和表型变异解释（大于1.00%）,被认定是与目标性状显著关联的稳定SNPLDB位点,其中有1个稳定SNPLDB位点LDB₁6₃7952328 （D03）与PH和FBL同时显著关联。通过对上述9个稳定SNPLDB位点的有利等位基因和不利等位基因型对应的表型差异显著性分析,共鉴定出4个稳定的主效SNPLDB位点,LDB 16 37952328 （与PH和FBL相关）、LDB 1 219826 （与PH相关）、LDB—19₅2309050₅2309284（与FBL相关）和LDB₉₅1578589₅1578819（与FBL相关）。根据有利单倍型/等位变异类型在自然群体中的频率分布结果,发现株型矮小而紧凑的棉花种质资源中含有的有利单倍型或等位基因的频率远大于高大而松散的材料。[结论]本研究获得了稳定主效SNPLDB位点、有利单倍型/等位变异类型、QTL-等位变异矩阵及优异等位变异,可为解析陆地棉株型相关性状的遗传基础提供重要参考信息,对于培育合理株型结构的棉花新品种具有重要意义。更多还原