海岛棉纤维品质性状的QTLs定位

李金荣，张薇，张西英，朱永军

（1浙江大学农业与生物技术学院，杭州310000；2石河子大学农学院／新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，石河子832003；3山东烟台南山学院，烟台264006）

海岛棉纤维品质性状的QTLs定位

李金荣1，张薇2，张西英2，朱永军3

（1浙江大学农业与生物技术学院，杭州310000；2石河子大学农学院／新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，石河子832003；3山东烟台南山学院，烟台264006）

以海岛棉（Gossypium barbadense L．）新海3号和Giza82组建包含190个单株的F2和F2∶3群体为材料，通过3800对SSR引物对亲本进行筛选，获得81个多态性标记。利用JoinMap3．0分析软件构建了1个包括18个连锁群，48个SSR标记，标记间平均间距13．03cm，全长625．4cm，覆盖海岛棉基因组的14．09%的遗传连锁图。采用复合区间作图法检测到4个海岛棉纤维品质性状QTL，包括1个整齐度（FLU）、l个伸长率（FE）、1麦克隆值（FM）、1个成熟度指数（MI），分别解释各性状表型变异的11．83%、5．98%、12．38%和6．19%。本研究的结果为海岛棉纤维品质性状的分子设计育种提供了有用的信息。

海岛棉；品质性状；QTL定位

海岛棉（Gossypium barbadense L．）是世界上重要的栽培棉种之一，占世界棉花生产的3%～8%，是纺织高档纺织品和特种织物不可缺少的原料。新疆是我国唯一的海岛棉产区，优越的自然生态条件和集约化生产为新疆海岛棉的发展提供了得天独厚的发展优势。近年来，随着纺织工业的迅速

发展和人们生活水平的不断提高，对棉花纤维品质提出了更高的要求。传统的育种方法通过杂交、回交和聚合杂交在改良纤维品质方面取得了较大进展，但由于纤维品质性状的复杂性和低的选择效率，传统育种方法在进一步改良纤维品质上存在较大困难。而现代DNA标记技术的发展，为育种者提供了一种快速、准确的选择方法。利用高密度的分子遗传图谱，筛选与海岛棉纤维品质性状紧密连锁的分子标记，可在棉花生长的早期阶段或育种早代对目标性状的转移进行跟踪与选择，从而提高纤维品质的选择效率，实现对品质性状的改良。

目前，国内外学者开展了许多棉花纤维品质QTL定位研究工作［1－10］。Kohel等［11］利用 TK－1和3－79的陆海杂交群体，定位了13个与纤维品质有关的QTL，其中4个与强度有关，3个与纤维长度有关，6个与纤维细度有关；Paterson等［2］利用一个陆海种间F2∶3群体在灌溉与自然降雨条件下开展多环境试验，共获得68个与纤维品质性状有关的QTLs；Zhang等［4］利用一个高强纤维渐渗系7235，鉴定了一个与纤维强度有关的主效QTL，可解释30%以上的表型变异，且在多环境中稳定表达；Lin等［5］和 Zhang等［6］也分别利用不同分离群体鉴定出13个纤维品质QTL，可解释16．18%～28．92%的表型变异；杨鑫雷等［7］利用中棉所8号和Pima90－53的F2分离群体，检测到25个与纤维品质性状有关的QTL。Shen等［8］利用3个陆地棉高强纤维种质系构建种内连锁图，共筛选到38个与纤维品质有关的QTL，15个稳定的QTL能同时在F2和F2∶3中检测到。但是，前人研究所用的材料多数是海陆种间杂交或陆地棉种内杂交群体，定位的QTL直接应用于海岛棉的品质改良比较困难。而海岛棉品种间的遗传差异较少，分子标记的多态性低，海岛棉种内遗传图谱研究相对落后。

本研究利用多态性高、稳定性好的SSR标记构建海岛棉种内遗传连锁图谱，应用复合区间作图法对海岛棉纤维品质性状进行QTL初步定位，旨在为利用分子标记辅助选择改良海岛棉纤维品质提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 群体的构建与田间种植

本研究选用纤维品质差异较大的海岛棉品种新海3号与Giza82于2006年在石河子大学库尔勒试验站进行杂交。同年冬天在海南种植F1代，自交获得F2代种子。2007年种植F2群体，从中随机抽取190株自交产生F2∶3家系构成作图群体。2008年4月种植亲本及F2∶3家系，每个家系种植1行，行长5 m，株距10cm，正常大田管理。

1．2 性状的调查

收获时，亲本及各家系选取有代表性的10个单株收花，扎花后每个样品取10g纤维测定品质性状。纤维检测由农业部棉花质量监督检验测试中心（乌鲁木齐）完成，检测指标包括纤维长度（fiber length，FL，mm），纤维强度（fiber strength，FS，cN／tex），麦克隆值（fiber micronaire value，FM），整齐度（fiber length uniformity，FLU，%），伸长率（fiber elongation，FE，%），短纤维指数（short fiber index，SFI，%），成熟度指数（maturity index，MI）7个纤维品质指标。

1．3 SSR引物

实验共筛选3800对SSR引物，其中1800对来自浙江大学农学院，2000对来自新疆绿洲生态农业重点实验室，引物序列由上海生工生物技术公司合成。

1．4 DNA的提取和SSR分析

基因组DNA的提取采用改良的CTAB法［11－13］。SSR的分析流程参照文献［14－15］中的方法。

SSR标记的PCR反应总体积为10μL，包括50 ng／μL模板DNA 1．2μL，10×PCR Buffer 1．4μL，

10mmol／L dNTPs 0．2μL，2．5U／μL Taq DNA 聚合酶0．2μL，1mM 正向及反向引物各0．5μL，水6．0μL。

PCR反应程序为：95℃2min；94℃50s，54℃30s，72℃20s，36个循环；72℃3min；退火温度因引物而不同，主要有54、56、58℃三个温度。扩增产物用6%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，银染检测。

1．5 数据分析

采用SPSS软件对F2∶3各家系的纤维品质性状进行统计分析，利用JoinMap3．0数据分析软件构建遗传连锁图谱，通过 MapQTL5．0分析软件采用复合区间作图法进行纤维品质性状的QTL定位和效应检测。

LOD值3．0表示显著性QTL，LOD值2．0～3．0表示可能性QTL。计算每个QTL对相应性状的贡献率、加性效应和显性效应。检测到的QTL，若显性效应／加性效应达到0～0．2为加性，0．21～0．8为部分显性，0．81～1．2为显性，大于1．2认为该QTL表现超显性。

QTL命名方法参照水稻研究的方法［16］，按照QTL＋性状＋染色体＋QTL个数，其中QTL以小写“q”开始，性状以英文缩写表示，后接染色体或连锁群的编号，最后是该染色体上控制此性状的QTL的数目。

2 结果与分析

2．1 亲本和F2∶3家系纤维品质性状的表型分析

亲本材料的选择对于遗传图谱的构建和性状QTL定位具有重要作用，本研究选用2个纤维品质性状差异较大的海岛棉品种构建作图群体，为成功构建遗传图谱奠定了基础。亲本及F2∶3家系的纤维品质性状见表1。

由表1可知：Giza82是一个纤维强度高、整齐度好、短绒指数较低的品种，但其麦克隆值高、纤维偏短。而新海3号马值适合、成熟好、纤维比较长，但强度、整齐度较差。两亲本间纤维品质性状差异较大，且性状间存在互补。在F2∶3群体中，7个品质性状的平均值均介于2个亲本之间，其中纤维长度、纤维强度、成熟度指数的平均值接近双亲中值；伸长率、短绒指数的均值接近于高值亲本，存在超亲分离；麦克隆值、整齐度均值接近于低值亲本。F2∶3群体各性状均表现为连续分布，呈现多基因控制的数量性状的遗传特点。

表1 亲本及F2∶3家系纤维品质性状的表型变异Tab．1Phenotypic variation of the fiber quality traits in F2∶3families and the parent lines

2．2 引物多态性分析

选用3800对SSR引物对新海3号和Giza82两个亲本的多态性进行筛选，共获得81个稳定的SSR多态性位点，多态性频率为2．1%。对标记位点进行χ2适合性检验，81个标记位点中有33个偏离孟德尔分离比例，偏分离比例为40．7%。其中有19个标记偏向于母本新海3号，有14个标记偏向于父本吉扎82。

2．3 遗传图谱构建

利用JoinMap3．0分析软件，对81个SSR标记位点进行遗传连锁分析，初步构建了一个包含48个标记、18个连锁群的连锁图谱。根据连锁群的长度，由大到小依次将18个连锁群命名为LG1至LG18。该图谱总长625．4cm，覆盖海岛棉基因组的14．09%。标记间平均遗传距离13．03cm，最大遗传距离53．8cm，最小遗传距离为0．3cm，每个连锁群包含2～6个标记，平均每个连锁群的标记数是2．6个。另外33个标记独立。

2．4 纤维品质性状的QTL定位及分析

运用MapQTL5．0软件，利用复合区间作图法原理对新海3号×Giza82群体的纤维品质性状进行基因组扫描，共检测到4个与纤维品质相关的QTL（表2、图1）。其中检测到1个影响整齐度的QTL，其分布在第一连锁群上，能解释整齐度变异的11．83%。Giza82的等位基因增加性状的表型值，表现为超显性效应；检测到1个影响海岛棉伸长率的QTL，其分布在第一连锁群上，能解释伸长率变异的5．98%。Giza82的等位基因增加性状的表型值，表现为部分显性效应；检测到1个影响马克隆值的QTL，分布在第一连锁群上，能解释马克隆值变异的12．38%。Giza 82的等位基因减少性状的表型值，表现为加性效应；检测到1个成熟度指数的QTL，分布在第一连锁群上，能解释成熟度指数变异的6．19%。Giza82的等位基因减少性状的表型值，表现为部分显性效应。

表2 纤维品质性状QTL的位置与效应Tab．2QTL posotions and effects on fiber quality traits

图1 纤维品质性状QTL定位Fig．1QTLs mapping for fiber quality traits

3 讨论

建立高密度饱和的遗传连锁图谱是基因定位的基础。异源四倍体棉花的DNA标记多态性低，而种内（海海杂交和陆陆杂交）的分子标记多态性又低于陆地棉与海岛棉种间的多态性。王娟等［17］利用5 544对SSR引物筛选陆地棉TM－1和渝棉1号间的多态性，多态性引物占3．2%。艾先涛等［18］利用496对SSR引物筛选中棉所35和9－1696间的差异，获得12对多态性引物，多态性引物占2．4%。为了获得较大的多态性，棉花的遗传连锁图多是基于陆海种间杂交群体的，在海岛棉育种中难以直接利用。因此，以海岛棉种内杂交群体为材料构建遗传连锁图谱，将更有利于海岛棉育种实践。本研究利用3800对SSR引物筛选海岛棉品种新海3号和Giza82间的差异，获得81对多态性引物，多态性引物占2．1%，构建的遗传连锁图谱总长625．4cm，覆盖海岛棉基因组14．09%，为海岛棉QTL定位奠定一定基础。

现有研究表明，棉花纤维品质性状、产量性状等农艺性状QTL在染色体上呈现成簇分布的特点［8－10，17－21］。Ulloa等［19］研究发现，92个控制农艺性状和纤维品质性状的QTL大约49%都集中分布在2个不同的染色体上，认为控制纤维品质有关的基因在棉花同一染色体上可能簇生。王娟等［17］和Shen等［8］研究发现，不同优质供体的QTL有集中分布的趋势，主要分布在chr．23和chr．24上。秦永生等［10］研究发现，在杂交棉湘杂2号中D2染色体上0～13cm区域集中了纤维长度、纤维强度、纤维细度等5个性状的6个QTL，在D9上有2个QTL富集区，在D13、A11上也有类似现象。陈利等［9］利用陆地棉中棉所35和渝棉1号建立F2群体，研究发现在第7染色体上同一区间检测到衣分、铃重、籽指、纤维长度和纤维比强度5个QTL。多群体揭示的性状相关基因成簇分布现象可部分地解释有关性状间的表型相关，但是这种现象是由基因连锁还是一因多效引起的，有待深入研究。本研究定位的4个与海岛棉品质性状相关的QTL均分布在第一连锁群，其中NAU4936～NUSB0645分布了麦克隆值和成熟度指数2个QTL，这为从分子水平解释性状之间的相关关系提供了一种可能。

4 结论

利用海岛棉种内杂交（新海3号XGiza82）F2群体，对81个标记位点进行遗传连锁分析，构建了总长625．4cM，覆盖海岛棉基因组的14．09%的遗传连锁图。用复合区间作图法在F2群体中共检测到4个纤维品质的QTL，即1个整齐度（FLU），l个伸长率（FE），1麦克隆值（FM），1个成熟度指数（MI），4个QTL均位于第1连锁群，该连锁群是优质纤维QTL的富集区。

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QTLs Mapping for Fiber Quality Traits in Sea－Island Cotton（Gossypium barbadense L．）

LI Jinrong1，ZHANG Wei2，ZHANG Xiying2，ZHU Yongjun3
（1College of Agronomy and Biotechnology，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang 310000，China；2College of Agronomy，Shihezi University／The Key Oasis Eco－agriculture Laboratory of Xinjiang Production and Construction Group，Shihezi 832003，China；2Nansan College，Yantai 264006，China）

Sea－island cotton is one of the world’s most important natural textile fiber．It plays an important role in the textile industry worldwide．In this paper，agenetic linkage map was constructed by the F2and F2∶3population derived from cross between two sea－island cotton cultivars‘Xinhai 3’and‘Giza 82’．We identified 81polymorphic loci with 3800pairs of SSR primers．Using Joinmap3．0software，agenetic linkage map of sea－island cotton with 48loci was constructed，which comprised of 18linkage groups covering 625．4cm with an average interval of 13．03cm between the two neighbor markers，and approximately 14．09%of the whole cotton genome．Based on composite interval mapping，4QTLs related with fiber quality traits of the sea－island cotton were detected，1for fiber length uniformity，1for fiber elongation，1for fiber micronaire value，and 1for maturity index．These QTLs explained their corresponding phenotypic variations with 11．83%，5．98%，12．38%and 6．19%，respectively．This research could provide valuable information for the molecular design breeding of fiber quality in sea－island cotton．

Sea－island cotton；fiber quality；QTLs mapping

S562．035．2

A

2011－12－30

国家转基因专项子专题（2008ZX08005－005），石河子大学动植物育种专项（GXJS2009－YZ08）

李金荣（1984－），女，博士研究生，研究方向生物技术在遗传育种中的应用。

张薇（1969－），女，教授，从事棉花分子育种研究；e－mail：zhw_agr＠shzu．edu．cn。