新疆棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀SSR關(guān)聯(lián)分析

艾先濤，梁亞軍，龔照龍，王俊鐸，鄭巨云，李雪源

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091)

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新疆棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀SSR關(guān)聯(lián)分析

艾先濤，梁亞軍，龔照龍，王俊鐸，鄭巨云，李雪源

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091)

【目的】研究新疆陸地棉品種資源目標(biāo)相關(guān)性狀QTL緊密連鎖的分子標(biāo)記，發(fā)掘與目標(biāo)性狀相關(guān)的具有重要利用價(jià)值的基因源?！痉椒ā坷?4對SSR 標(biāo)記，分析94 份新疆自育陸地棉品種的基因組?！窘Y(jié)果】群體結(jié)構(gòu)分析表明，94個(gè)品種總體被劃分為2個(gè)類群，同時(shí)還出現(xiàn)了1個(gè)混合群。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，在P值<0.05時(shí)，GLM(Q)模型中共有 36個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與纖維品質(zhì)性狀和農(nóng)藝產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)，其中與比強(qiáng)度、馬克隆值、長度、伸長率、鈴重、生育期和衣分相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)分別為12、4、13、1、4、1和1個(gè)?！窘Y(jié)論】主成分分析和群體結(jié)構(gòu)分析從不同角度反映了新疆棉花品種的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，自育品種遺傳多樣性不夠豐富，在分子水平上差異并不大，需要努力拓寬品種選育的遺傳基礎(chǔ)。

陸地棉；遺傳多樣性；SSR；關(guān)聯(lián)分析

0 引 言

【研究意義】新疆是我國最重要的植棉大省，棉花總產(chǎn)已占據(jù)全國50%以上，肩負(fù)著我國棉花有效供給和安全的重大責(zé)任。當(dāng)前新疆棉花生產(chǎn)面臨的主要問題是棉花單產(chǎn)潛力需要進(jìn)一步挖掘，棉花纖維品質(zhì)不能適應(yīng)現(xiàn)代紡織工業(yè)的要求。如何進(jìn)一步提高產(chǎn)量和改良纖維品質(zhì)一直是育種的重點(diǎn)。棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀屬于多基因控制的數(shù)量性狀。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)量遺傳學(xué)理論的創(chuàng)新，分析和發(fā)掘控制數(shù)量性狀的基因(QTL)并利用分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)，對育成棉花品種的產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行改良有重大意義。【前人研究進(jìn)展】20世紀(jì)90年代以來，棉花的分子遺傳學(xué)研究有了較快的發(fā)展。通過開發(fā)分子標(biāo)記、構(gòu)建連鎖圖譜和建立分離群體進(jìn)行連鎖分析，一系列控制棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)性狀的數(shù)量性狀基因位點(diǎn)被定位到染色體或連鎖群上。到目前為止，棉花上已經(jīng)報(bào)道的與產(chǎn)量和纖維品質(zhì)相關(guān)的QTL已達(dá)上千個(gè)，其中50%左右是利用陸地棉的分離群體進(jìn)行檢測。雖然近10年來已有上千個(gè)棉花經(jīng)濟(jì)性狀的QTL定位文獻(xiàn)報(bào)道。但在這些已經(jīng)報(bào)道的QTL中，有一部分來自于海陸種間雜交群體分析，難以直接應(yīng)用于陸地棉的標(biāo)記輔助育種；另外一部分QTL則來自于陸地棉的兩親本雜交群體，具有較強(qiáng)的“群體專一性”，因?yàn)檫z傳背景的影響，用于陸地棉標(biāo)記輔助育種時(shí)仍然存在一定的困難。這些已定位的QTL，除少數(shù)在標(biāo)記輔助選擇過程中被驗(yàn)證之外，大多數(shù)QTL需在育種親本和種質(zhì)資源群體中進(jìn)一步證實(shí)，以有效地用于標(biāo)記輔助選擇。研究前期已初步開展新疆自育品種農(nóng)藝性狀和分子標(biāo)記多樣性的研究[1-3]，包括鑒定和評價(jià)陸地棉種質(zhì)多樣性方面?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新疆自育陸地棉資源遺傳多樣性水平較低，遺傳基礎(chǔ)較為狹窄。形態(tài)性狀鑒定和分子標(biāo)記技術(shù)是研究種質(zhì)資源多樣性和篩選優(yōu)良種質(zhì)的方法，二者從性狀表達(dá)及基因組水平兩方面反映了種質(zhì)的多樣性，雖然存在差別，但也存在相互驗(yàn)證的關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究陸地棉全基因組基因發(fā)掘的新方法，篩選新疆品種資源目標(biāo)相關(guān)性狀QTL緊密連鎖的分子標(biāo)記，發(fā)掘出與目標(biāo)性狀相關(guān)的具有重要利用價(jià)值的基因源。

1 材料與方法

1.1 材 料

收集新疆陸地棉栽培種數(shù)量共計(jì)94個(gè)(截止到2010年自育審定的品種)，品種包括新陸早1～49號、軍棉1號、新陸中1～48號(不包括新陸中25、32、42、45號)。表1

表1 新疆陸地棉自育品種
Table 1 Local upland cotton cultivars released in Xinjiang

編號No．品種名稱Cultivars審定年限Yearauthorized系譜來源Pedigree選育單位BreedingInstitutes1新陸早1號1981(斯字5A×611波)的722選系中系選農(nóng)八師下野地試驗(yàn)站2新陸早2號198869-2×中棉所4號石河子棉花研究所3新陸早3號1988(車66-241×愛字無毒棉)×荊無4588農(nóng)七師農(nóng)科所4新陸早4號1994(車66-241×澧74-47W)×岱70農(nóng)七師農(nóng)科所5新陸早5號1994(科遺181×347-2)F1×(83-2-3+陜1155)石河子棉花研究所6新陸早6號199785-174×貝爾斯諾農(nóng)七師農(nóng)科所7新陸早7號1997自育優(yōu)系347-2×塔什干2號石河子棉花研究所8新陸早8號1997(抗黃系V．Wx×新陸早1號)F1輻射石河子棉花研究所9新陸早9號1999(系5×貝爾斯諾)×中棉所17農(nóng)七師農(nóng)科所10新陸早10號1999(黑山棉1號×02Ⅱ)×中棉所12石河子棉花研究所11新陸早11號1999豫422×陜3215博州引進(jìn)12新陸早12號2000從遼寧經(jīng)作所引入遼棉95-25引進(jìn)13新陸早13號2002自育83-14×(中無5601+1693)農(nóng)七師農(nóng)科所14新陸早14號2002新陸早7號×ZK90石河子棉花研究所15新陸早15號2002雞腳JW×中棉所12農(nóng)七師農(nóng)科所16新陸早16號2003早熟雞腳棉×貝爾斯諾農(nóng)七師農(nóng)科所17新陸早17號2004內(nèi)地引進(jìn)9908系選新疆農(nóng)科院經(jīng)作所18新陸早18號2004內(nèi)地已近高代材料69118系選新疆農(nóng)科院經(jīng)作所19新陸早19號200491-2×自育品系900石河子棉花研究所20新陸早20號200597-185(新陸早16號)系選農(nóng)八師150團(tuán)21新陸早21號20051034系選石河子富依德公司22新陸早22號2005本所材料45-1×新陸早6號農(nóng)墾科學(xué)院棉花所23新陸早23號2005中棉所27系選奎屯萬氏種業(yè)錦棉公司24新陸早24號2005中長絨品系7074×司6524康地種業(yè)25新陸早25號2006[(系5×貝爾斯諾)×?xí)x14]×中棉所17農(nóng)七師農(nóng)科所26新陸早26號2006新陸早8號系選天合種業(yè)27新陸早27號20067147×貝爾斯諾康地種業(yè)28新陸早28號2006新陸早4號×(貝爾斯諾+西農(nóng)大材料)惠遠(yuǎn)公司29新陸早29號2006新陸早16號系選金博種業(yè)30新陸早30號2006新陸早16號系選金博種業(yè)31新陸早31號2006(新陸早6號×貝爾斯諾)×愛字棉奎屯萬氏種業(yè)32新陸早32號2006拉馬干77系選農(nóng)墾科學(xué)院棉花所33新陸早33號2007石選87農(nóng)墾科學(xué)院棉花所34新陸早34號200797-65×7003康地種業(yè)35新陸早35號2007[(新陸早3號×中2621)×抗35)]×新陸早16號農(nóng)七師農(nóng)科所36新陸早36號20071304×BD103石河子棉花研究所37新陸早37號2008(遼83421×系5)×(遼9001+系5+90-2)農(nóng)五師農(nóng)科所38新陸早38號2008(92-226×新陸早9號)×(中6331×中17)農(nóng)七師農(nóng)科所39新陸早39號2008(新陸早4號×貝爾斯諾)×愛字棉奎屯萬氏種業(yè)40新陸早40號2009新陸早16號×(D256×SW2)F2農(nóng)墾科學(xué)院棉花所41新陸早41號200917-79巴州富全新科種業(yè)42新陸早42號2009新陸早10號×97-6-9農(nóng)墾科學(xué)院棉花所43新陸早43號200941-4×H2石河子棉花所44新陸早44號2009MP1×FP1農(nóng)墾科學(xué)院棉花所45新陸早45號2010新陸早13號×9941農(nóng)墾科學(xué)院棉花所

續(xù)表1

表1 新疆陸地棉自育品種
Table 1 Local upland cotton cultivars released in Xinjiang

編號No．品種名稱Cultivars審定年限Yearauthorized系譜來源Pedigree選育單位BreedingInstitutes46新陸早46號2010系9×822石河子棉花研究所47新陸早47號2010(中17+9901)×新陸早16號農(nóng)七師農(nóng)科所48新陸早48號2010石選87×優(yōu)系604惠遠(yuǎn)公司49新陸早49號20109765×新陸早16號農(nóng)七師農(nóng)科所50軍棉1號1979[司1470×(五一大鈴+147大+司1470+早落葉棉+司3521+新海棉+2依3)]農(nóng)二師34團(tuán)良種繁育站51新陸中1號1988[(巴州6017×上海無毒棉)×巴6017]巴州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所52新陸中2號1988麥克奈210×新陸201新疆農(nóng)科院經(jīng)作所53新陸中3號1989{【(108夫×C1470)×108夫】×137夫}陜401新疆農(nóng)科院莎車試驗(yàn)站54新陸中4號1992岱字棉45選×新陸202新疆農(nóng)科院經(jīng)作所55新陸中5號1994陜721×108夫新疆農(nóng)科院經(jīng)作所56新陸中6號1997巴州6017×上海無毒棉巴州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所57新陸中7號199985-113×中棉所12兵團(tuán)農(nóng)一師農(nóng)科所58新陸中8號1999[{C-8017×〈寧細(xì)6133-3+(910依×陸地棉)F4〉×11818×198}F8×(永年小雙桃×594依)F5]×海南野生棉}]新疆種子站引進(jìn)59新陸中9號2000新陸中4號中系選新疆農(nóng)科院經(jīng)作所60新陸中10號2000從烏茲別克斯坦雜交組合高代材料(95-10)系選新疆農(nóng)科院經(jīng)作所61新陸中11號2000巴州7648×K-202巴州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所62新陸中12號2000108夫系選108夫系選63新陸中13號2002(ND45×3287)×ND45(回交4次)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院64新陸中14號2002司6524×中棉所19兵團(tuán)農(nóng)一師農(nóng)科所65新陸中15號2002(ND25×3287)×ND25(回交4次)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院66新陸中16號2003新陸中5號×(中棉所17+中棉所12+中棉所19)阿拉爾良繁場67新陸中17號2003協(xié)作92-36×中棉所17阿拉爾良繁場68新陸中18號2003冀9119×遼棉10號天然彩色棉有限公司69新陸中19號2004新900品系×貝爾斯諾新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院70新陸中20號200489-19×中長絨棉材料33兵團(tuán)種子站和天合種業(yè)71新陸中21號200492D×引進(jìn)的豐產(chǎn)抗病品系96-07新疆農(nóng)科院經(jīng)作所72新陸中22號2005新陸中8號×抗病品系9658紅太陽種業(yè)公司73新陸中23號2005從獨(dú)聯(lián)體引進(jìn)陸地棉高代材料(陸-4)系選吐魯番長絨棉研究所74新陸中24號2006胞質(zhì)不育系H-1038A×海島棉恢復(fù)系1304R兵團(tuán)農(nóng)一師農(nóng)科所75新陸中26號2006從引進(jìn)17-79中系選出巴棉3號再由巴棉3號選育出6603品系系選而成巴州富全新科種業(yè)76新陸中27號2006自育032品系×品系048天合種業(yè)公司77新陸中28號2006中9409(中棉所35)×父本邯109個(gè)人選育78新路中29號2006J95-8×11-6新疆優(yōu)質(zhì)雜交棉公司79新陸中30號2006不祥新疆優(yōu)質(zhì)雜交棉公司80新陸中31號2007不育系KA×恢復(fù)系01588康地種業(yè)有限公司81新陸中33號2007036×渝棉1號巴州富全新科種業(yè)82新陸中34號2007品系8316×中99+系選巴州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所83新陸中35號2007不詳巴州富全新科種業(yè)84新陸中36號20089119×155石大85新陸中37號2008B23×渝棉1號塔河種業(yè)86新陸中38號200999-26康地種業(yè)87新陸中39號2009KA×H3康地種業(yè)88新陸中40號2009新陸早16號×(D256×SW2)F2庫爾勒種子公司89新陸中41號2009巴州6807×Acala1517巴州農(nóng)科所90新陸中43號200941-4×H2農(nóng)一師農(nóng)科所塔河種業(yè)91新陸中44號2010石遠(yuǎn)321×中棉所19號巴州富全新科種業(yè)92新陸中46號2010中棉所12號×(新植1號+15號)河南正林，禾春州種業(yè)93新陸中47號2010Ji98-72×1099巴州農(nóng)科所94新陸中48號2010[(99-708(C6524×中棉所19號)]×99-425農(nóng)一師農(nóng)科所塔河種業(yè)

1.2 方 法

SSR標(biāo)記分析部分實(shí)驗(yàn)，棉花總DNA提取與純化采用CTAB法提取棉花基因組DNA，即小量法DNA提取。棉花總DNA純度和濃度的測定由基因公司生產(chǎn)的Nanodrop-ND-1000全波長紫外/可見光掃描分光光度計(jì)檢測DNA純度和濃度。讀取A260和A280吸光值。DNA濃度(ng/pl)=稀釋倍數(shù)×50×A260，可根據(jù)A260/A280來判斷DNA純度 ，比值若在1.6～2.0，證明DNA純度較好。大于2.0，證明RNA污染；小于1.6，證明蛋白質(zhì)、酚等污染。根據(jù)前人(Xiao，2009)文獻(xiàn)資料，篩選均勻分布棉花26條染色體的SSR標(biāo)記，遺傳圖譜大小約4140cM，以每20cM大小為間距選擇已定位于染色體的SSR標(biāo)記共計(jì)206對，引物包括DPL、CGR、CER、DC、BNL和JESPR等類型。引物序列等信息均來自(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/和http://www.cottondb.org)。引物由上海生工生物工程有限公司合成。實(shí)驗(yàn)電泳所用凝膠為8%非變性聚丙烯酰胺凝膠。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于SSR標(biāo)記的主成分(PCA)

主成分分析使品種地域性和遺傳背景關(guān)系表現(xiàn)得更為明顯, 為品種分析提供了重要的信息。基于遺傳相似系數(shù)，在NTSYS2.1軟件上對SSR多態(tài)性位點(diǎn)作了主成分分析，得到第1、2主成分的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了20.11%和6.40%，前5主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了39.98%。對94 份品種，以第一主成分為x軸，第二主成分為y軸作三維散點(diǎn)圖，形成的各品種位置分布，位置相近表示關(guān)系密切，遠(yuǎn)離者表示關(guān)系疏遠(yuǎn)。將位置靠近的品種劃歸在一起，研究表明，主成分分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果基本一致，主成分分析結(jié)果更直觀地表明了不同品種之間的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。

從主坐標(biāo)分析所得的三維散點(diǎn)圖看出，兩大群體的分布具有規(guī)律性，第一主坐標(biāo)的右半部分主要為第一類群品種，左半部分則主要為第二類群品種。表2，圖1

表2 前5主成分貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率
Table 2 Characteristic values and their contributions of the prior five principal components

主成分Principalcomponent特征值Eigenvalue貢獻(xiàn)率Percent(%)累計(jì)貢獻(xiàn)率Cumulative(%)PC1598962920112011PC2190779566402651PC3154676795193170PC4132459264453615PC5114107233833998

圖1 SSR數(shù)據(jù) PCA聚類結(jié)果
Fig. 1 The cluster analysis results of PCA based on SSR data

2.2 基于SSR標(biāo)記的群體結(jié)構(gòu)

為進(jìn)一步明確94份新疆陸地棉品種間的遺傳組成并將遺傳相似性高的材料劃分在同一類群中，用Structure2.3軟件對品種進(jìn)行群體結(jié)構(gòu)分析。設(shè)置K值參數(shù)為1～10，即將94個(gè)新疆自育品種預(yù)先劃分為1～10個(gè)亞群，每一個(gè)K值獨(dú)立運(yùn)行3次。根據(jù)遺傳相似性比例及群體結(jié)構(gòu)圖將94份品種劃分到相應(yīng)亞群中，其余劃分為混合群。

用LnP(D)對K作圖，橫坐標(biāo)為K值，相應(yīng)的LnP(D)值為縱坐標(biāo)做曲線圖，當(dāng)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)時(shí)，此處對應(yīng)的橫坐標(biāo)即為所需要的K值，如果拐點(diǎn)不明顯，再對LnP(D)求二階導(dǎo)數(shù)，得到△k，然后用△k對K作圖，當(dāng)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)時(shí)最終確定所需要的K值，此時(shí)的K值即為群體數(shù)目。對于94份品種來說，通過structure軟件運(yùn)算結(jié)果，可以看出，當(dāng)K=2時(shí)曲線出現(xiàn)了一個(gè)明顯的拐點(diǎn)(圖2a)，然后求得LnP(D)的二階導(dǎo)數(shù)△K，以△K作曲線圖(圖2b)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)K=2時(shí)拐點(diǎn)明顯；且K=2時(shí)，按遺傳相似性比例為0.7進(jìn)行劃分，將94份品種大致劃分2個(gè)群體，分別記為pop1和pop2。pop1群體有23份品種，pop2群體有58份品種，mixed群體有13份品種。說明當(dāng)K=2時(shí)，類群劃分能得到理想的結(jié)果。所以將K值確定為2，即將94份棉花核心種質(zhì)材料劃分為兩個(gè)群體圖由也可以看出K=2時(shí)，可以比較清晰的將新疆自育陸地棉品種劃分為兩大類，結(jié)果與聚類結(jié)果大致相似。群體結(jié)構(gòu)將94個(gè)品種劃分為兩個(gè)類群的同時(shí)，又出現(xiàn)了一個(gè)混合群，這一點(diǎn)與聚類結(jié)果有所不同。分析兩者差異，可能是由于兩種方法分析的角度不同造成的，因?yàn)槿后w結(jié)構(gòu)主要是基于模型角度進(jìn)行研究的。表3～4，圖2

圖2 94份材料K值(a)及△K(b)曲線
Fig.2 Curve diagram of K(a) and △K (b) value of 94 cultivars
表3 94份新疆自育品種遺傳相似性比例
Table 3 The propotion of genetic similarity of local upland cotton cultivars in Xinjiang

品種名稱Cultivars群Pop遺傳相似比例Q1Q2品種名稱Cultivars群體Pop遺傳相似比例Q1Q2新陸早6號pop100040996新陸早25號pop100140986新陸早30號pop100040996新陸中9號pop100140986新陸中2號pop100040996新陸早17號pop100190981新陸中35號pop100040996新陸中30號pop1002098新陸中33號pop100050995新陸中17號pop100230977新陸中39號pop100060994新陸早16號pop1003097新陸中36號pop100070993新陸中43號pop100670933新陸中4號pop100080992新陸早45號pop101220878新陸早37號pop1001099新陸中16號pop101470853新陸早4號pop100110989新陸早22號pop101690831新陸早26號pop100110989新陸中38號pop102680732新陸中6號pop100110989新陸早44號mixed04820518新陸早18號mixed03180682新陸中23號mixed052048新陸中31號mixed03460654新陸早34號mixed05380462新陸中5號mixed04440556新陸中44號mixed05530447新陸中13號mixed046054新陸中47號mixed05810419新陸中24號mixed04740526新陸早23號mixed06040396軍棉1號mixed04780522新陸中37號mixed06450355新陸早13號pop207160284新陸中3號pop209930007新陸中12號pop207170283新陸早9號pop209940006

續(xù)表3

表3 94份新疆自育品種遺傳相似性比例
Table 3 The propotion of genetic similarity of local upland cotton cultivars in Xinjiang

品種名稱Cultivars群Pop遺傳相似比例Q1Q2品種名稱Cultivars群體Pop遺傳相似比例Q1Q2新陸中29號pop207590241新陸中7號pop209940006新陸早40號pop207710229新陸早7號pop209950005新陸早33號pop207930207新陸早10號pop209950005新陸中28號pop2081019新陸早19號pop209950005新陸早47號pop208510149新陸早46號pop209950005新陸中15號pop208760124新陸中10號pop209950005新陸早11號pop209020098新陸中34號pop209950005新陸早27號pop209120088新陸早3號pop20996004新陸中14號pop209310069新陸早5號pop209960004新陸中26號pop209380062新陸早8號pop209960004新陸中46號pop209410059新陸早38號pop209960004新陸早42號pop209490051新陸早39號pop209960004新陸早49號pop209570043新陸早41號pop209960004新陸早1號pop209590041新陸早43號pop209960004新陸中20號pop209710029新陸中8號pop209960004新陸早12號pop209730027新陸中11號pop209960004新陸早2號pop209770023新陸中19號pop209960004新陸中1號pop209850015新陸中40號pop209960004新陸早24號pop209860014新陸中41號pop209960004新陸早48號pop209880012新陸中48號pop209960004新陸早20號pop209890011新陸早15號pop209970003新陸早21號pop209890011新陸早29號pop209970003新陸早14號pop2099001新陸早32號pop209970003新陸早31號pop209920008新陸早36號pop209970003新陸中18號pop209920008新陸中21號pop209970003新陸早28號pop209930007新陸中22號pop209970003新陸早35號pop209930007新陸中27號pop209970003

表4 新疆自育陸地棉群體劃分
Table 4 The population division of local upland cotton cultivars in Xinjiang

群Groups數(shù)目品種名稱Cultivarspop123新陸早4、6、16、17、22、25、26、30、37、45號新陸中2、4、6、9、16、17、30、33、35、36、38、39、43號mixed13新陸早18、23、34、44號新陸中5、13、23、24、31、37、44、47號、軍棉1號pop258新陸早1、2、3、5、7、8、9、10、11、12、13、14、15、19、20、21、24、27、28、29、31、32、33、35、36、38、39、40、41、42、43、46、47、48、49號新陸中1、3、7、8、10、11、12、14、15、18、19、20、21、22、26、27、28、29、34、40、41、46、48號

用distruct軟件包對structure軟件運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行柱形圖繪制。圖3～5

2.3 衰減圖

因?yàn)?LD 衰減所延伸的距離決定著關(guān)聯(lián)分析的精度和所需標(biāo)記的多寡，所以評價(jià) LD隨物理或遺傳距離的下降速率很重要。以分布標(biāo)記較多的 6、8、12、20 號染色體上的 SSR 標(biāo)記位點(diǎn)的 D′值做其隨遺傳距離(cM)變化的衰減圖，通過對陸地棉的 D′與遺傳距離的衰減圖其衰減速率相對較慢。因此就這 4 條染色體來說做關(guān)聯(lián)分析時(shí)要達(dá)到作圖精度，陸地棉需要更多的標(biāo)記。圖6

圖3 新疆自育陸地棉品種群體結(jié)構(gòu)
Fig.3 The population structure of local upland cotton cultivars in Xinjiang(K=2)

圖4 經(jīng)distruct軟件處理的包含2個(gè)群的群體結(jié)構(gòu)
Fig.4 Model-based cluster membership for 94 cultivars in two groups

圖5 新疆自育品種群聚類

Fig.5 Clustering of local upland cotton cultivars in Xinjiang

2.4 關(guān)聯(lián)分析

用TASSEL(http://www.maizegenetics.net)的 GLM(Mixed Linear Model)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。利用54對引物與兩個(gè)環(huán)境的四個(gè)重復(fù)所獲得纖維品質(zhì)的長度，比強(qiáng)度，伸長率，馬克隆值、整齊度、生育期、衣分、鈴重、株高、子葉節(jié)高、籽指、單株鈴數(shù)、果枝臺數(shù)等 13個(gè)品質(zhì)、產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，GLM 回歸方程是:Yj=α+βIPj+β1X1j+β2X2j+ … +βkXkj+ε公式中Yj為第j個(gè)材料數(shù)量性狀測定值；β是群體各位點(diǎn)各等位變異的平均效應(yīng)；β1～βk是亞群體各位點(diǎn)各等位變異的平均效應(yīng)；Ipj是第j材料第p等位變異出現(xiàn)的指示變量；X1j～Xkj是第j材料基因組變異源于1-k群體的概率值(Q值)；ε是殘差?？紤]群體結(jié)構(gòu)對關(guān)聯(lián)分析的影響，采用 tassel 軟件的一般線性模型(GLM，未考慮親緣關(guān)系的Q模型)對標(biāo)記位點(diǎn)和性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析， 94份陸地棉關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，在P值<0.05時(shí)，GLM(Q)模型中共有 36個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與纖維品質(zhì)性狀和農(nóng)藝產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)，其中與比強(qiáng)度、馬克隆值、纖維長度、伸長率、鈴重、生育期和衣分相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)分別為12、4、13、1、4、1和1個(gè)。表5

圖6 陸地棉 5、6、8、20 號染色體上的SSR位點(diǎn)隨圖距(CM)衰減散點(diǎn)圖
Fig.6 distribution of D′valus observed between marker pairs against genetic distance (CM)in chromsome5、Chromsome6、chromsome8 and chromsome20 of Gossypium hirsutum(A)
表5 顯著關(guān)聯(lián)標(biāo)記信息匯總
Table 5 Summary of significant marker information associated

性狀Trait標(biāo)記Markermarker＿pperm＿p斷裂比強(qiáng)度StrengthBNL1231180E-070001CGR5554180E-070001CGR5867-1180E-070001COT009-1180E-070001dpl0522-1295E-060003dpl0149-3297E-060003BNL0119-2703E-060005BNL0119-1703E-060005DPL0152334E-050011dpl0522-6805E-05002TMB0628869E-050021BNL3627-4142E-040037鈴重BollweightBNL1231918E-060003CGR5554918E-060003CGR5867-1918E-060003COT009-1918E-060003馬克隆值Micronairedpl0522-1339E-070001BNL0119-2445E-050005BNL0119-1445E-050005dpl0522-2237E-040039纖維長度FibrelengthBNL1231626E-070001CGR5554626E-070001CGR5867-1626E-070001COT009-1626E-070001dpl0149-3898E-070001BNL0119-2210E-060001BNL0119-1210E-060001dpl0522-1326E-060001dpl0522-6807E-060002TMB0628703E-050014cgr5667-2821E-050017cgr5667-1821E-050017DPL0152243E-040035伸長率ElongationCER0077-3639E-140012生育期Bearingperiodcgr6410-1228E-040048衣分LintpercentCGR6889219E-050004

3 討 論

艾先濤等[1]分子聚類將94份自育品種劃分為2個(gè)類群，反映了自育品種在基因組水平上差異，聚類結(jié)果整體反映出新陸早和新陸中品種間遺傳關(guān)系相對簡單，品種的遺傳基礎(chǔ)相對狹窄。主成分分析使品種地域性和遺傳背景關(guān)系表現(xiàn)得更為明顯和直觀，通過位置遠(yuǎn)近表示關(guān)系疏密，使很清楚看到94個(gè)品種分布可以劃分為兩大群體，并表現(xiàn)出一定規(guī)律性。將位置靠近的品種劃歸在一起，結(jié)果表明主成分分析結(jié)果與聚類分析[1]結(jié)果基本一致，主成分分析結(jié)果更直觀地表明了不同品種之間的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。在群體結(jié)構(gòu)分析中，94個(gè)品種盡管被劃分為兩個(gè)類群，但出現(xiàn)了一個(gè)混合群，這與分子聚類結(jié)果有所不同。這可能是由于兩種分析方法不同所造成的，因?yàn)槿后w結(jié)構(gòu)分析主要是基于模型角度進(jìn)行研究的。

利用SSR分子標(biāo)記對新疆自育陸地棉品種的遺傳改良進(jìn)行研究，明晰了新疆自育陸地棉品種間的親緣關(guān)系和群體結(jié)構(gòu)，對于指導(dǎo)新疆棉花育種具有重要意義。研究結(jié)果反映新疆陸地棉品種間的遺傳相似性相對較高，總體上遺傳多樣性不夠豐富。自育品種在分子水平上差異并不大，遺傳基礎(chǔ)狹窄的現(xiàn)狀并未徹底改變，這一結(jié)論與前人的研究結(jié)果一致。別墅等[4]對我國三大主產(chǎn)棉區(qū)只選取了30個(gè)有代表性的品種作了品種遺傳多樣性作了研究，得出我國棉花大多數(shù)品種的遺傳基礎(chǔ)比較狹窄。刁明等[5]利用RAPD指紋圖譜研究了50 a來北疆棉花品種演變過程的遺傳多樣性，認(rèn)為隨著品種的演變，品種群體間遺傳關(guān)系趨于復(fù)雜，遺傳基礎(chǔ)逐漸豐富，品種適應(yīng)性、豐產(chǎn)性都得到加強(qiáng)。劉文欣等[6]對建國以來有代表性的166 個(gè)棉花主栽品種的遺傳多樣性研究表明：在我國主栽棉花品種中，海島棉品種遺傳基礎(chǔ)窄于陸地棉品種；我國自育陸地棉品種的遺傳基礎(chǔ)窄于國外引進(jìn)品種；雜交陸地棉品種的遺傳基礎(chǔ)窄于常規(guī)品種；20世紀(jì)80 年代以后陸地棉品種遺傳基礎(chǔ)窄于70年代品種；長江棉區(qū)品種遺傳基礎(chǔ)窄于黃淮棉區(qū)品種，西北內(nèi)陸棉區(qū)品種窄于長江棉區(qū)品種。陳光[7]對我國陸地棉基礎(chǔ)種質(zhì)和衍生系的遺傳多樣性及親緣關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：第一、二、三期基礎(chǔ)種質(zhì)分子標(biāo)記平均遺傳相似系數(shù)分別是0.587、0.630、0.630，基礎(chǔ)種質(zhì)基因組水平的差異呈下降的趨勢，棉花的育種背景逐漸變窄。黃河棉區(qū)基礎(chǔ)種質(zhì)綜合性狀較好，長江棉區(qū)基礎(chǔ)種質(zhì)產(chǎn)量性狀較高，北部特早熟棉區(qū)基礎(chǔ)種質(zhì)早熟性好，美國品種在我國形成的基礎(chǔ)種質(zhì)抗黃萎病性較強(qiáng)。長江、黃河流域兩大棉區(qū)的基礎(chǔ)種質(zhì)在基因組水平上的差異變化明顯。杜雄明等[8]利用SSR引物對不同親本來源、不同選育時(shí)期、不同種植生態(tài)區(qū)的陸地棉基礎(chǔ)種質(zhì)進(jìn)行了遺傳多樣性分析，結(jié)果表明現(xiàn)代基礎(chǔ)種質(zhì)比早期基礎(chǔ)種質(zhì)在基因組水平的差異呈下降的趨勢。薛艷等[9，10]利用SSR對北疆42個(gè)新陸早聚類分析發(fā)現(xiàn)，無論是過去自育的主栽品種還是近年自育品種以及從外地引進(jìn)的品種，在DNA水平上彼此間的差異并不是很大，絕大多數(shù)供試品種的親緣關(guān)系比較近，遺傳基礎(chǔ)比較狹窄。

由于實(shí)驗(yàn)材料數(shù)量有限(94個(gè))，SSR標(biāo)記數(shù)量少(54對)，無法進(jìn)一步對新疆自育品種進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，因?yàn)殛P(guān)聯(lián)分析方法可以更有效的發(fā)掘自然群體中的優(yōu)良基因。今后可以通過擴(kuò)大群體數(shù)目和增加標(biāo)記數(shù)，發(fā)掘有利基因，進(jìn)一步利用分子手段更好的為育種服務(wù)。

4 結(jié) 論

4.1 對94 份品種進(jìn)行主成分分析，分析結(jié)果更直觀地表明了不同品種之間的親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。第一主坐標(biāo)的右半部分主要為第一類群品種，左半部分則主要為第二類群品種。

4.2 群體結(jié)構(gòu)將94個(gè)品種劃分為兩個(gè)類群的同時(shí)，又出現(xiàn)了一個(gè)混合群，這一點(diǎn)與聚類結(jié)果有所不同。分析兩者差異，這可能是由于兩種方法分析的角度不同造成的，因?yàn)槿后w結(jié)構(gòu)主要是基于模型角度進(jìn)行研究的。

4.3 94份陸地棉關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，在P值<0.05時(shí)，GLM(Q)模型中共有 36個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)與纖維品質(zhì)性狀和農(nóng)藝產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)，其中與比強(qiáng)度、馬克隆值、長度、伸長率、鈴重、生育期和衣分相關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)分別為12、4、13、1、4、1和1個(gè)。

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Fund project:Xinjiang Natural Science Foundation(2012211B47)

Analysis of Xinjiang Cotton Yield and Fiber Quality Traits Associated with SSR

AI Xian-tao1,2, LIANG Ya-jun1, GONG Zhao-long1, WANG Jun-duo1,ZHENG Ju-yun1, LI Xue-yuan1

(1.Research Institute of Economic Crops, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi, 830091,China; 2.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China)

【Objective】 Screening closely related traits of Xinjiang upland cotton cultivars resources goals and objectives of the molecular markers,excavated chain has important value in use of genes related to the source traits.【Method】The genome of 94 self-fertile cotton varieties in Xinjiang was analyzed by 54 SSR markers.【Result】Population structure analysis showed that 94 cotton materials could be divided into two groups and one mixed group. The association analysis showed that 36 SSR loci were (P<0.05) associated with fiber quality and agronomic phenotype in GLM(Q) model, 12 loci were associated with strength, 4 loci were associated with fiber micronaire, 13 loci were associated with fiber length, 1 locus was associated with Elongation, 4 loci were associated with boll weight, 1loci was associated with growth process, 1 loci was associated with lint percentage.【Conclusion】Principal component analysis and population structure analysis reflect the proximity of the phylogenetic relationship of cotton varieties in Xinjiang from different angles. On the whole, the genetic diversity of self-fertile variety is not rich enough, and at the molecular level the differences are not great, which demonstrates that great effort should be made to broaden the genetic basis of breeding.

upland cotton; genetic diversity; SSR; association analysis

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.11.002

2016-06-28

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2012211B47)

艾先濤(1979-)，男，陜西人，副研究員，研究方向?yàn)槊藁ㄟz傳育種， (E-mail)yixiantao@sina.com

李雪源(1964-)，男，遼寧人，研究員，研究方向?yàn)槊藁ㄟz傳育種，(E-mail)xjmh2338@163.com

S562

A

1001-4330(2016)11-1969-11