黄褐棉导入系纤维品质性状QTL定位及转录组分析

来源 :南通大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wudixuejie
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棉花是世界上最重要的农作物之一,也是纺织原料的主要来源,而其中大多数的棉花产量来自于陆地棉栽培种。随着现代纺织技术的革新以及消费者需求的普遍提高,对我国棉花品种的纤维品质就提出了更高的要求。但目前我国棉花品纤维品质存在着纤维强度普遍偏低以及纤维长度和强度搭配不合理等问题,需要对棉花纤维品质进行进一步的改良。本研究利用陆地棉材料PD94042为轮回亲本和黄褐棉进行高世代回交培育出65个导入系群体为材料,对其进行分子标记实验以及纤维品质性状的表型鉴定,开展纤维品质性状QTL定位,并且创建了基于QTL的近等基因系。从中选出纤维品质优良的导入系IL9与陆地棉亲本PD94042构成一对近等基因系,对其进行开花后17天(17dpa)和开花后21天(21dpa)两个时期的纤维转录组分析,筛选纤维品质相关基因。主要结果如下:(1)利用2000多对引物对亲本进行筛选,在导入系群体中检测到379个多态性位点。(2)对导入系群体进行三年的表型鉴定,纤维强度、纤维长度以及纤维伸长率这三个表型数据在导入系群体中呈正态分布,且大部分导入系的相关性状优于亲本,导入系群体的纤维整齐度和马克隆值不呈正态分布,但仍有部分导入系优于亲本。(3)根据陆地棉全基因组测序结果,检索获得各多态性分子标记的基因组位置;在此基础上,利用MapMaker 3.0软件结合379对多态位点构建了分子标记遗传图谱,该图谱覆盖棉花基因组26条染色体,包含355个标记位点,30个连锁群,总长为2551.4 cM,约占棉花基因组(5000cM)的51%。(4)利用Win QTL Cart 2.5软件进行QTL定位,共检测到了132个QTL位点,其中纤维长度相关QTL有28个,纤维强度相关QTL有30个,马克隆值相关QTL有32个,纤维整齐度相关QTL有20个,纤维伸长率相关QTL有23个。并且发现了两个连续两年都检测到的稳定的QTL:qUHM-1-1、qUHM-22-1。(5)基于纤维长度QTL qUHM-1-1和qUHM-22-1,建立基于QTL的两套近等基因系IL6、IL9、IL15、IL17和IL6、IL9、IL11、IL17,并且选择了性状突出的优良导入系IL9与陆地棉亲本PD94042构成一对近等基因系,进行转录组分析。(6)对差异表达基因绘制散点图得到四种样品间差异表达基因的个数:IL9-17dpa-VS-IL9-21dpa下,上调基因数目为1112个,下调基因数目为820个;PD-17dpa-VS-PD-21dpa的上调基因数目为1098个,下调基因数目为988个;PD-17dpa-VS-IL9-17dpa上、下调基因的数目分别为229、142个;PD-21dpa-VS-IL9-21dpa的上、下调基因数目分别为147、64个。(7)通过GO功能富集分析发现四组差异基因主要富集在生物过程中的细胞过程、代谢过程和分子功能中的结合、催化活性区域。通过KEGG Pathway显著性富集分析发现差异表达基因主要在新陈代谢通路和次生代谢物的生物合成通路。(8)结合本实验材料的特点,将陆地棉PD94042和IL9进行比较得到46个差异表达基因,作为候选基因,并且对其中12个基因进行qRT-PCR表达验证。发现其上下调趋势与转录组分析结果相同。且验证基因中CotAD04694、CotAD44496、CotAD56281、CotAD20689和CotAD65308这5个分别编码的是铁氧还蛋白(Fd)、GDSL酯酶/脂肪酶、类钙调蛋白CML49、富亮氨酸重复受体蛋白激酶(LRR-RLK)和LRR受体样丝氨酸/苏氨酸-蛋白激酶GSO2,这些蛋白质都可能与纤维发育相关。(9)结合QTL定位与转录组分析结果,将验证基因与构建的遗传图谱进行位置比对,发现有6个基因位于遗传图谱上:胁迫蛋白基因(CotAD68165)位于5号染色体的CICR186-DPL0241标记区间,类钙调蛋白CML49基因(CotAD56281)位于8号染色体的CICR306-DPL0646标记区间,ran结合蛋白基因(CotAD25133)和GDSL酯酶/脂肪酶的基因(CotAD44496)同时位于9号染色体的MUB1035a-DPL0507标记区间,富亮氨酸重复受体蛋白激酶基因(CotAD20689)和羽扇豆醇合酶的基因(CotAD24472)同时位于10号染色体的CICR836-BNL3563标记间。后续研究可选择这些标记区间的更多标记扫描导入系群体,以期发掘相关纤维品质QTL及其候选基因。
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