





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (4): 587-598.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.04.001
贾晓昀(
), 王士杰, 朱继杰, 赵红霞, 李妙(
), 王国印
收稿日期:2022-09-20
接受日期:2022-11-16
出版日期:2023-02-16
发布日期:2023-02-24
通信作者:
李妙,E-mail:limiao2003@sina.com
联系方式:
贾晓昀,E-mail:jiaxiaoyun1987@163.com。
基金资助:
JIA XiaoYun(
), WANG ShiJie, ZHU JiJie, ZHAO HongXia, LI Miao(
), WANG GuoYin
Received:2022-09-20
Accepted:2022-11-16
Published:2023-02-16
Online:2023-02-24
摘要:
【目的】通过构建高密度SNP遗传图谱,开展棉花多群体产量相关性状的QTL定位,获得稳定性好、精确度高的QTL,为产量性状调控基因的挖掘和有效分子标记的开发提供依据。【方法】以高稳产冀丰1271为母本、优质自交系冀丰173为父本,构建包含200个单株的F2群体,利用测序基因分型(genotyping by sequencing,GBS)技术开发群体的SNP标记并构建高密度遗传图谱,对F2、F2:3、F2:4群体的衣分、子指和单铃重进行QTL定位,注释主效和稳定QTL位点内的基因并分析基因在不同组织的表达模式,筛选候选基因。【结果】通过简化基因组测序,共获得383.07 Gb数据,包括母本冀丰1271的26.93 Gb、父本冀丰173的27.30 Gb和F2群体的328.84 Gb,Q30值分别为90.55%、89.95%和95.77%。在F2群体中开发了1 305 642个SNP标记,其中,用于构建遗传图谱的aa×bb型SNP为410 726个。构建了一张包含16 088个SNP、总图距为4 282.81 cM的高密度遗传图谱,标记间的平均距离为0.27 cM,利用共线性分析证明了图谱具有较高的质量。在3个群体中共定位到108个QTL,包括34个衣分QTL、36个子指QTL和38个单铃重QTL,其中有30个QTL与已报道QTL位置重叠或接近,78个QTL未见报道。发现10个主效QTL、16个稳定QTL,其中有5个主效QTL可在2个或3个群体中被定位到。qLP-A13-4在3个群体中均可被定位到,贡献率达到13.78%;qLP-A13-6在2个群体中被定位到,贡献率达到10.01%;qLP-D10-2在2个群体中被定位到,贡献率达到10.92%;qSI-D10-1在2个群体中被定位到,贡献率达到12.31%;qBW-D5-3在2个群体中被定位到,贡献率达到15.54%。在主效和稳定QTL位点内注释到3 415个基因。通过KEGG和GO分析,注释基因主要参与植物激素信号转导、TCA循环、次生代谢物质和氨基酸生物合成、光合生物的碳固定等通路。利用TM-1和NDM8的转录组数据,发现8个基因在棉花产量相关的纤维、胚珠或种子中具有较高的表达量,可能通过调控纤维或种子的发育,影响衣分或子指,进而影响棉花单铃重和产量。【结论】构建了一张陆地棉种内高密度遗传图谱,定位了108个产量相关QTL,发现5个主效QTL可在多个群体中定位到,鉴定到8个在纤维、胚珠或种子中高效表达的候选基因。
贾晓昀, 王士杰, 朱继杰, 赵红霞, 李妙, 王国印. 陆地棉高密度遗传图谱的构建及产量相关性状的QTL定位[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 587-598.
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表1
过滤后的测序数据量、数据质量及比对至参考基因组的基本统计量"
| 材料 Material | 测序数据量 Sequence data (Gb) | GC含量 GC content (%) | 平均Q30值 Average Q30 (%) | 比对率 Mapped ratio (%) | 平均深度 Average depth (×) | 覆盖度 Coverage (5×) (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 冀丰1271 Jifeng1271 | 26.93 | 34.98 | 90.55 | 99.64 | 9.58 | 86.45 |
| 冀丰173 Jifeng173 | 27.30 | 35.96 | 89.95 | 99.47 | 9.69 | 84.28 |
| F2群体 F2 population | 328.84 | 41.44 | 95.77 | 99.69 | 0.70 | 4.17 |
表3
各条连锁群的详细信息"
| 连锁群 Linkage group | SNP数量 No. of SNP | 长度 Distance (cM) | 平均距离 Average distance (cM) | 大于5 cM的Gap数量 No. of gaps>5 cM | 最大Gap Largest gap (cM) | 相关系数 Correlation coefficient |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | 1724 | 160.35 | 0.09 | 0 | 1.98 | -1.00 |
| A2 | 246 | 167.21 | 0.68 | 3 | 8.22 | -1.00 |
| A3 | 921 | 158.58 | 0.17 | 1 | 8.07 | -1.00 |
| A4 | 756 | 173.12 | 0.23 | 1 | 9.12 | -1.00 |
| A5 | 734 | 161.56 | 0.22 | 0 | 2.77 | -1.00 |
| A6 | 288 | 171.10 | 0.60 | 1 | 7.47 | -1.00 |
| A7 | 747 | 154.62 | 0.21 | 0 | 1.99 | -1.00 |
| A8 | 569 | 172.90 | 0.30 | 0 | 3.08 | -1.00 |
| A9 | 1130 | 169.12 | 0.15 | 0 | 3.82 | -1.00 |
| A10 | 545 | 159.40 | 0.29 | 0 | 3.61 | -1.00 |
| A11 | 499 | 167.66 | 0.34 | 0 | 3.01 | -1.00 |
| A12 | 259 | 171.19 | 0.66 | 3 | 17.82 | -1.00 |
| A13 | 828 | 164.37 | 0.20 | 1 | 5.82 | -1.00 |
| D1 | 320 | 179.92 | 0.56 | 1 | 5.69 | -1.00 |
| D2 | 459 | 151.62 | 0.33 | 1 | 6.31 | -1.00 |
| D3 | 39 | 157.33 | 4.14 | 10 | 19.75 | -1.00 |
| D4 | 131 | 176.25 | 1.36 | 5 | 10.71 | -1.00 |
| D5 | 1746 | 172.23 | 0.10 | 0 | 0.80 | -1.00 |
| D6 | 610 | 151.84 | 0.25 | 0 | 4.58 | -1.00 |
| D7 | 419 | 175.99 | 0.42 | 0 | 4.46 | -1.00 |
| D8 | 312 | 150.41 | 0.48 | 2 | 14.97 | -1.00 |
| D9 | 512 | 178.40 | 0.35 | 1 | 9.43 | -1.00 |
| D10 | 1201 | 152.77 | 0.13 | 0 | 1.13 | -1.00 |
| D11 | 429 | 164.12 | 0.38 | 1 | 7.20 | -1.00 |
| D12 | 473 | 170.61 | 0.36 | 1 | 5.60 | -1.00 |
| D13 | 191 | 150.12 | 0.79 | 1 | 8.46 | -1.00 |
| 总计Total | 16088 | 4282.81 | 0.27 | 33 | 19.75 |
表4
亲本及群体的表型数据统计量"
| 群体与性状 Population and trait | F2 | F2:3 | F2:4 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 衣分 LP (%) | 子指 SI (g) | 单铃重 BW (g) | 衣分 LP (%) | 子指 SI (g) | 单铃重 BW (g) | 衣分 LP (%) | 子指 SI (g) | 单铃重 BW (g) | |
| 冀丰1271 Jifeng 1271 | 41.10** | 11.00* | 6.40** | 41.98* | 10.75** | 6.35** | 40.78** | 11.20* | 6.13** |
| 冀丰173 Jifeng173 | 38.70 | 10.30 | 4.90 | 40.66 | 9.60 | 5.04 | 38.41 | 10.70 | 4.79 |
| 最大值Maximun | 45.31 | 12.00 | 8.83 | 45.53 | 11.90 | 6.66 | 43.88 | 12.90 | 6.39 |
| 最小值Minimun | 37.60 | 7.90 | 4.37 | 37.64 | 8.00 | 4.23 | 34.76 | 8.80 | 4.62 |
| 平均值Average | 40.59 | 9.90 | 5.68 | 41.63 | 10.09 | 5.57 | 39.15 | 11.05 | 5.45 |
| 偏度Skewness | 0.02 | -0.37 | 0.02 | -0.22 | -0.23 | -0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.02 |
| 峰度Kurtosis | -0.20 | 0.85 | 0.79 | 0.60 | 0.53 | 0.42 | 0.79 | -0.15 | -0.29 |
| 变异系数CV (%) | 3.73 | 7.62 | 16.24 | 3.03 | 6.05 | 7.21 | 3.74 | 6.74 | 6.87 |
表6
在不同组织中高调表达的8个基因信息"
| 基因Gene | 名称Name | 描述Description | KEGG通路KEGG pathway |
|---|---|---|---|
| Ghir_A02G015550 | XTH23 | 可能的木聚糖内转葡糖基酶/水解酶蛋白23 Probable xyloglucan endotransglucosylase/ hydrolase protein 23 | 植物激素信号转导 Plant hormone signal transduction |
| Ghir_A04G014830 | ACLA-1 | ATP柠檬酸合成酶α链蛋白1 ATP-citrate synthase alpha chain protein 1 | 柠檬酸循环(TCA循环),次生代谢物质合成 Citrate cycle (TCA cycle), biosynthesis of secondary metabolites |
| Ghir_D02G015800 | GAPC2 | 甘油醛-3-磷酸脱氢酶2,细胞溶质Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase 2, cytosolic | 光合生物的碳固定,次生代谢物质合成,氨基酸生物合成Carbon fixation in photosynthetic organisms, biosynthesis of secondary metabolites, biosynthesis of amino acids |
| Ghir_D10G018940 | AAE7 | 乙酸/丁酸-辅酶A连接酶AAE7,过氧化物酶体Acetate/butyrate--CoA ligase AAE7, peroxisomal | 次生代谢物质合成 Biosynthesis of secondary metabolites |
| Ghir_D13G005390 | DHS2 | 磷酸-2-脱氢-3-脱氧庚酸醛缩酶2,叶绿体 Phospho-2-dehydro-3-deoxyheptonate aldolase 2, chloroplastic | 次生代谢物质合成,氨基酸生物合成,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成Biosynthesis of secondary metabolites, biosynthesis of amino acids, phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis |
| Ghir_D13G009230 | 异柠檬酸裂解酶Isocitrate lyase | 次生代谢物质合成Biosynthesis of secondary metabolites | |
| Ghir_A13G010390 | BACOVA_02659 | β-葡萄糖苷酶BoGH3B Beta-glucosidase BoGH3B | 次生代谢物质合成,环丙烷生物合成,氰基氨基酸代谢Biosynthesis of secondary metabolites, phenylpropanoid biosynthesis, cyanoamino acid metabolism |
| Ghir_D13G010980 | BACOVA_02659 |
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