CN110616275A - 一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度qtl连锁的分子标记及其应用 - Google Patents

一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度qtl连锁的分子标记及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记，该分子标记为分子标记INTR1027和分子标记JESPR‑231，所述分子标记INTR1027的正向引物序列如SEQ ID NO.1所示，反向引物序列如SEQ ID NO.2所示；所述分子标记JESPR‑231的正向引物序列如SEQ ID NO.3所示，反向引物序列如SEQ ID NO.4所示。使用本发明的分子标记可以从分子水平上选择带有尤卡坦氏棉特征条带的植株，所选单株或株系的纤维强度得到不同程度的提高，进而可以快速筛选纤维强的材料用于棉花纤维品质育种，分子标记辅助选择目标明确，成本低，育种进程加快。

Description

一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度QTL连锁的分子标记 及其应用
技术领域：
本发明属于生物技术育种领域，具体涉及一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度QTL连锁的分子标记及其应用。
背景技术
棉花是世界上重要的经济作物，棉纤维是重要的纺织工业原料。随着纺织工业的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对棉花纤维品质的要求也越来越高。陆地棉由于产量高、适应性广而被大面积种植。一直以来，棉花育种工作者主要集中在棉花产量的提高上，使得我国的棉花品种大多表现为产量高，品质中等或偏低。纤维品质育种已成为棉花分子育种的一个重要目标，纤维强度是纤维品质性状的一项重要指标，提高纤维强度不仅可以满足现代纺纱技术，同时也可以提高纺织品质量。因此，提高棉花纤维强度是现代棉花育种的目标之一。陆地棉半野生种尤卡坦氏棉起源于中美洲墨西哥的尤卡坦半岛，具有高纤维强度潜力的特性，挖掘高纤维强度基因，并转移到陆地棉栽培种背景中，对我国陆地棉纤维品质的改良有着重要的意义。
传统的育种方法主要是基于表型的选择，由于纤维品质(包括纤维强度)性状是典型的数量性状，这种方法对纤维品质来说，存在准确性差、效率低等许多缺点。尤其是纤维产量和品质存在着显著的负相关，传统的育种方法很难打破这种负相关，那么在保证产量的同时提高品质成为了当前育种的主要瓶颈。理想的方法应该是能够直接对性状相关的基因型进行选择，从分子水平上有效地避免环境以及负连锁的影响，从而达到保优保质的育种目的。
分子标记辅助选择是借助分子标记对目标性状的基因型直接进行选择，可以减少来自同一位点不同等位基因或不同位点的非等位基因间的相互干扰，克服不利性状连锁，并且不必考虑作物生长时期和发育条件以及环境的影响，可在早期进行选择，从而加快育种进程；少量的群体种植规模，减少工作量，极大地缩短了育种时间。分子标记辅助选择对同步改良产量和纤维品质、快速培育棉花新品种具有无比优越性。随着现代分子技术的发展，科研工作者或育种工作者利用不同的海-陆和陆-陆群体进行连锁图谱的构建和重要纤维品质性状的筛选，已经取得了很大研究进展。这些研究结果为纤维品质性状的分子标记辅助选择打下了良好的基础,有些结果已被应用于分子标记辅助选择育种中(张天真等，2011；卢全伟等，2018)。染色体片段渐渗系(Chromosome segment introgression lines，CSIL)是利用杂交、回交和分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS)构建的覆盖作物整个基因组的一系列近等基因系。它的基因组内只有来自供体亲本的一个纯合的染色体片段，而基因组的其余部分与轮回亲本相同。它是进行基因组研究、QTL定位和分子设计育种的理想材料，特别是单片段渐渗系，其在准确鉴定QTL以及育种应用到中具有很大的优势。
发明内容
传统的育种方法在棉花纤维品质(包括纤维强度)改良上存在准确性差、效率低等许多缺点。为了克服这种缺点，本发明提供一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度紧密连锁的分子标记，可用于分子标记辅助选择育种，提高棉花推广品种的纤维强度。使用本发明的分子标记可以从分子水平上选择带有尤卡坦氏棉特征条带的植株，所选单株或株系的纤维强度得到不同程度的提高，进而可以快速筛选纤维强的材料用于棉花纤维品质育种，分子标记辅助选择目标明确，成本低，育种进程加快。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记，该分子标记为分子标记INTR1027和分子标记JESPR-231，所述分子标记INTR1027的正向引物序列如SEQ ID NO.1所示，反向引物序列如SEQ ID NO.2所示；所述分子标记JESPR-231的正向引物序列如SEQ IDNO.3所示，反向引物序列如SEQ ID NO.4所示。具体信息如下：
上述与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记的引物对，所述分子标记INTR1027的引物对其正向引物序列如SEQ ID NO.1所示，反向引物序列如SEQ ID NO.2所示；所述分子标记JESPR-231的引物对其正向引物序列如SEQ ID NO.3所示，反向引物序列如SEQ ID NO.4所示。
一种陆地棉纤维强度分子标记辅助育种的方法，包括以下步骤：
(1)使用上述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记对群体单株或株系的基因型进行分子检测；
(2)对检测结果进行分析，选择带有尤卡坦氏棉特征条带的植株，获得纤维强度得到提高的陆地棉品种。
步骤(2)中使用分子标记INTR1027和分子标记JESPR-231对群体单株或株系的基因型进行分子检测获得440bp和130bp的条带，则筛选得到纤维强度得到提高的陆地棉品种。
根据本发明所述陆地棉纤维强度辅助育种方法，使用标记INTR1027和JESPR-231在与尤卡坦氏棉和IL-D2-2有关的育种群体中，对纤维强度性状进行分子标记选择，可提高陆地棉的纤维强度。该方法所用的分子标记INTR1027和JESPR-231，与纤维强度性状相关的QTL命名为qFS-Chr.D02，来源于尤卡坦氏棉，对提高纤维强度的贡献率为10.86％，加性效应为1.37cN/tex。
上述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记及其引物在选育高纤维强度棉花品种中的应用。
上述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记的引物对在制备用于选育高纤维强度棉花品种的试剂盒中的应用。
本发明为分子标记辅助育种提供了新的基因位点，同时也为基因克隆奠定了基础。使用本发明可以从分子水平上选择带有尤卡坦氏棉特征条带的植株，所选择的单株或株系在纤维强度上得到不同程度的提高，进而可以快速筛选纤维强的材料用于棉花纤维品质育种，辅助育种时目标明确，成本低，育种进程快。
本发明的有益效果：
本发明所提供的一种来源于尤卡坦氏棉与纤维强度QTL连锁的分子标记及其应用。所述的分子标记为INTR1027和JESPR-231，在与尤卡坦氏棉或IL-D2-2有关的育种群体中进行分子标记选择，可提高纤维强度10％以上。利用标记以及辅助选择的方法可以快速地提高现有陆地棉品种的纤维品质，大大加快我国高优质纤维新品种的培育与种子产业化进程。
附图说明：
图1为挖掘与纤维强度QTL连锁标记流程。
图2为利用目标区间F2-3重组体置换作图结果。
具体实施方式
实施例1
1.与纤维强度QTL连锁的标记定位
1)选择亲本：经过5个环境的纤维品质检测，从陆地棉TM-1为背景的尤卡坦氏棉渐渗系中筛选出纤维强度显著优于TM-1的单片段渐渗系IL-D2-2(表1)，渐渗片段上包含12个标记(表2)：
表1:IL-D2-2和TM-1在5个环境下的纤维强度表现
表2:IL-D2-2渐渗片段区域12个多态标记
2)群体构建：将陆地棉TM-1作为父本，将渐渗系IL-D2-2作为母本，杂交获得F1代,再经自交得到F2群体，2016年种植于安徽当涂，包含1401个单株。用CTAB法(Paterson etal.1993)提取亲本、群体单株幼嫩叶片的基因组。
3)F2群体分子鉴定：利用IL-D2-2渐渗片段上的12对引物(表1)对F2群体1401个单株进行分子鉴定。所有引物的扩增反应体系为10μl，其中超纯水4.7μl，10×buffer为1.0μl，10mM dNTPs，2.5Mm MgCl2，正向引物(5μΜ/μl)1μl，反向引物(5μΜ/μl)1μl，模板DNA为1.0μl，Taq聚合酶0.1μl。扩增反应程序95℃预变性变性5min，94℃变性45s，57℃退火45s，延伸72℃10min，30个循环。72℃延伸10min。扩增产物在的9％聚丙烯凝胶中进行电泳，按照张军(2000)的方法进行凝胶银染，记录结果。
4)纤维强度定位：利用F2群体的纤维强度性状的表型数据和基因型数据，采用WinQTL Cartographer 2.5软件(Wang et al.2005)进行定位分析，检测到纤维强度性状相关的QTL，位于D02染色体上，命名为qFS-Chr.D02，是前人没有发现的(表3)。根据检测到的QTL区间标记，2017年F2-3群体种植于安徽当涂，利用区间的分子鉴定F2-3重组体，通过置换作图的方法将qFS-Chr.D02的区间缩小到INTR1027和JESPR-231两个标记之间，物理距离为540kb(图2)。这两个标记被认为与qFS-Chr.D02紧密连锁的标记。标记信息如表4所示。
表3:纤维强度QTL检测结果
表4：与qFS-Chr.D02紧密连锁的两个标记INTR1027和JESPR-231信息
实施例2.提高陆地棉纤维强度的分子标记辅助选择方法
使用实施例1获得的分子标记INTR1027和JESPR-231在与尤卡坦氏棉或IL-D2-2有关的育种群体中进行分子标记选择，包括以下步骤：
1).以尤卡坦氏棉或IL-D2-2为供体亲本，陆地棉品种或品系为受体亲本，进行杂交、回交，获得分离群体，或者以尤卡坦氏棉或IL-D2-2为供体亲本，陆地棉品种为受体亲本杂交、高代回交获得的渐渗系及其衍生品系，再采用CTAB法提取分离群体单株或株系DNA。
2).使用分子标记INTR1027和JESPR-231，对上述群体单株或株系的基因型进行分子标记检测，选择带有尤卡坦氏棉特征条带的材料，其纤维强度得到不同程度的提高。使用分子标记INTR1027和分子标记JESPR-231对群体单株或株系的基因型进行分子检测获得440bp和130bp的条带，则筛选得到纤维强度得到提高的陆地棉品种。
3).通过本发明可获得纤维强度得到提高的陆地棉品种系，加速棉花纤维品质的育种进程。
本发明为分子标记辅助育种提供了新的位点，同时也为基因克隆奠定了基础。使用本发明可以从分子水平上选择带有尤卡坦氏棉特征条带的植株，所选单株或株系在纤维强度上得到不同程度的提高，进而可以快速筛选纤维强的材料用于棉花纤维品质育种，辅助育种时目标明确，成本低，育种进程快。
注:JESPR来自Reddy等(Reddy O U K,Pepper AE,Abdurakhmonov I Y,Saha S,Jenkins J N,Brooks T D,Bolek Y,El2Zik K M1The identification of dinucleotideand trinucleotide microsatellite repeat loci from cotton G.hir sutum L.JCotton Sci,2001,5:103-113)公布的序列；NAU编号的引物由本实验室从EST-SSR序列中开发(Han Z G,Guo W Z,Song X L,et al.Genetic mapping of EST-derivedmicrosatellites from the diploid Gossypium arboreum in allotetraploidcotton.Mol Gen Genomics,2004,272:308―327；Han Z G,Wang C B,Song X L,etal.Characteristics,development and mapping of Gossypium hirsutum derived EST-SSRs in allotetraploid cotton.Theor Appl Genet,2006,112:430―439；WangzhenGuo,Caiping Cai,Changbiao Wang,et al.A preliminary analysis of genomestructure and composition in Gossypium hirsutum.BMC Genomics,2008,9:314-331.).所有的引物信息可以从网站www.cottonmarkers.org上下载。
序列表
<110> 南京农业大学
<120> 一种来源于尤卡坦氏棉与棉花纤维强度QTL连锁的分子标记及其应用
<160> 26
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 21
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ctttttccga tcagtttcct 20

Claims (7)

1.一种与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记，其特征在于，该分子标记为分子标记INTR1027和分子标记JESPR-231，所述分子标记INTR1027的正向引物序列如SEQ ID NO.1所示，反向引物序列如SEQ ID NO.2所示；所述分子标记JESPR-231的正向引物序列如SEQID NO.3所示，反向引物序列如SEQ ID NO.4所示。
2.权利要求1所述与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记的引物对，其特征在于，所述分子标记INTR1027的引物对其正向引物序列如SEQ ID NO.1所示，反向引物序列如SEQID NO.2所示；所述分子标记JESPR-231的引物对其正向引物序列如SEQ ID NO.3所示，反向引物序列如SEQ ID NO.4所示。
3.一种陆地棉纤维强度分子标记辅助育种的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用权利要求1所述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记对群体单株或株系的基因型进行分子检测；
(2)对检测结果进行分析，选择带有尤卡坦氏棉特征条带的植株，获得纤维强度得到提高的陆地棉品种。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中使用分子标记INTR1027和分子标记JESPR-231对群体单株或株系的基因型进行分子检测获得440bp和130bp的条带，则筛选得到纤维强度得到提高的陆地棉品种。
5.权利要求1所述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记在选育高纤维强度棉花品种中的应用。
6.权利要求2所述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记的引物对在选育高纤维强度棉花品种中的应用。
7.权利要求2所述的与尤卡坦氏棉纤维强度QTL连锁的分子标记的引物对在制备用于选育高纤维强度棉花品种的试剂盒中的应用。
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