CN112349351B - 一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于棉花育种技术领域，提出了一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法，包括以下步骤：S1.收集至少具有早熟、高产、抗病、优质中一个性状的棉花品种作为优质资源库；S2.提取其中每个棉花品种的DNA，合成SRAP引物，利用SRAP分子标记计算Jaccard相似系数和聚类分析；S3.结合特定引物性状鉴定，筛选出候选亲本；S4.将候选亲本分组，进行不完全双列杂交试验，计算一般配合力和特殊配合力；S5.配制杂交组合，选育，获得稳定品系；S6.利用SSR分子标记的特定引物检测新品系早熟基因，获得兼具早熟、高产、优质、抗病的品系。通过上述技术方案，解决了现有技术中早熟棉育种效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于棉花育种技术领域，涉及一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法。
背景技术
棉花是全球性的经济作物，在纺织工业、食品工业和国防工业等多个产业中发挥着重要作用。在四个棉花栽培种中，陆地棉是目前世界上栽培面积最广的棉花，其产量占世界棉花总产量的90％以上。陆地棉按照生育期长短可分为：早熟品种(生育期≤120天，又称短季棉)、中早熟品种(生育期121～130天)、中熟品种(生育期131～140天)、中晚熟品种(生育期141～150天)和晚熟品种(生育期＞150天)。随着人类的发展和可用耕地面积的减少，早熟性作为农作物的优良性状越来越受到重视。在我国人均耕地面积较少的情况下，早熟棉在缓解粮棉争地的问题上日益占据重要的地位，利用早熟棉与小麦、油菜、大蒜等作物的连作，实现一年两熟，提高土地复种指数和利用率，为国家农业的战略实施提供坚实的基础。另一方面，新疆作为我国棉花最主要的产区，由于有效积温偏低，特别是北疆地带，其气候特点更为突出，严重影响了中、晚熟棉花的成熟吐絮，此环境对棉花的早熟性状要求迫切。
棉花的早熟是一个复杂的性状，也是棉花育种追求的重要目标性状，其遗传机理的研究比较困难，涉及众多农艺性状且未有统一的评价标准，一般衡量早熟性指标主要有生育期短、现蕾开花早、吐絮期早、霜前花率高、第1果枝节位低等。早熟和早衰是一对相辅相成的性状，此两者之间有一定的密切关联，在防早衰、促早熟的前提下，还需进一步考虑到棉花纤维品质等其他生产指标。
SRAP(sequence-related amplified polymorphism)，又称序列相关扩增多态性，是一种继RAPD、SSR之后出现的基于PCR的新型标记系统，通过独特的引物设计对开放阅读框(open reading frames，ORFs)进行扩增，正向引物特异扩增外显子，反向引物特异扩增内含子、启动子和间隔序列，因不同个体、物种的内含子、启动子及间隔区长度不同而产生多态性。SRAP标记具有操作简便、结果稳定、在基因组中分布均匀、便于克隆测序目标片段、成本低廉等特点，目前已广泛应用于各种作物的品种鉴定、基因定位、遗传图谱构建和遗传多样性分析等方面的研究。
NCⅡ设计，即不完全双列杂交法，是指把供试亲本材料按试验要求分为两组，只进行组间杂交，不进行组内杂交。当一组亲本数为n时，另一组亲本为m时，共有mn个组合，通过对亲本和杂交组合的性状数据统计，可评价出亲本和组合的一般配合力与特殊配合力。配合力是评价亲本利用价值的重要指标，一般配合力呈加性效应，能够稳定遗传。亲本性状一般配合力的高低，可反映该性状在一系列杂交组合中的平均表现，一般配合力高，说明亲本中含有较多优势的基因位点，加性效应就大。配制杂交棉组合时，应选取一般配合力较高的材料作为亲本，有可能产生强优势的组合。杂种优势利用实践表明，选择配合力高的品系是选育强优组合的前提条件，亲本的配合力高低是决定杂种优势的主要因素，是选育理想亲本的重要依据。在育种过程中，经常需要通过试验设计评价种质资源的遗传特性，培育和引进自交系的好坏。但是目前情况下，大多数作物的杂交育种仍主要依靠随机地配制组合，这种方法不仅费时费力，而且盲目性大。为了提高选择亲本和配制组合的预见性，应用NCⅡ设计评价种质遗传结构和配合力，开展杂种优势预测性研究具有十分重要的意义。
分子标记辅助选择(Marker-assis tedselection，MAS)是一种选择效率高、目的性强、节省时间的新型辅助育种方法。目前，MAS在棉花育种工作中还没有得到普遍大量地应用，在早熟棉选育上，有相关分子标记的开发，但系统地将MAS应用在早熟棉育种上的专利还不是很多。如申请号为201710290575.5，公开了用于鉴定陆地棉早熟性的SSR标记的开发及其应用，该发明提供了一种用于鉴定或辅助鉴定棉花早熟性的引物对，针对陆地棉D3染色体上定位的QTL位点(qFT-D3-3)，开发目标区间内的分子标记，获得与目标QTL紧密连锁的SSR标记，经多群体验证标记与棉花早熟性之间的相关关系，从而用于棉花早熟性的选择应用，为早熟棉花品种的分子标记辅助选择育种提供重要资源。
发明内容
本发明提出一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法，解决了现有技术中早熟棉育种效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法，包括以下步骤：
S1.收集具有早熟、高产、抗病、优质性状中至少一个性状的棉花品种作为亲本选择的优质资源库；
S2.提取所述优质资源库中每个棉花品种的DNA，合成SRAP引物，利用SRAP分子标记计算Jaccard相似系数和聚类分析；
S3.结合特定引物性状鉴定，筛选出遗传距离较远的具有早熟、高产、抗病、优质中至少一个性状的棉花品种作为候选亲本；
S4.将候选亲本分组，进行不完全双列杂交试验，计算一般配合力和特殊配合力；
S5.配制杂交组合，产生的后代按照常规大田选育，获得稳定品系；
S6.获得稳定品系后，利用SSR分子标记的特定引物检测新品系早熟基因，通过田间调查，获得兼具特早熟、高产、优质、抗病的品系。
作为进一步的技术方案，步骤S4具体为：将候选亲本分为A、B两组进行不完全双列杂交试验，统计F1代性状数据，计算一般配合力GCA与特殊配合力SCA，选出早熟一般配合力强、产量一般配合力强、抗病一般配合力强、品质一般配合力强的亲本材料分别作为供试亲本早熟强GCA亲本、产量强GCA亲本、抗抗病强GCA亲本、品质强GCA亲本供试亲本，选出特殊配合力强的杂交组合作为复合杂交的供试材料SCA杂交组合；
作为进一步的技术方案，步骤S5具体为：将早熟强GCA亲本分别与产量强GCA亲本、抗病强GCA亲本、品质强GCA亲本进行杂交，得到供试亲本组配杂交组合，将供试亲本组配杂交组合与强SCA杂交组合进行杂交或复合杂交，从F2代中选择相对早熟、结铃数多的单株；入选的单株种成株行，从株行中筛选相对早熟且子指相对较高的株行；入选的株行种成株系，从株系中筛选生育期为105-110天的早熟、抗病、优质、丰产的株系；推迟至5月底6月初晚播，从中选择相对早熟、大铃、丰产且健壮的棉花株系为决选品系，然后对决选品系进行连续两年的品比试验，同时在不同生态区域进行多点异地鉴定，得到稳定品系。
本发明的工作原理及有益效果为：
本发明中，将分子标记应用在亲本选择和稳定品系的鉴定上，同时结合NCII设计，计算亲本和组合的一般配合力和特殊配合力，从而获得了一种兼具特早熟、高产、优质、抗病的棉新品质，开发了一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法，该方法有效筛选了亲本资源材料，显著提高了育种效率和成功率，有效解决了现有技术中早熟棉育种效率低的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明特早熟棉花种质选育方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法，包括以下步骤：
S1.收集黄河流域棉区具有早熟、高产、抗病、优质性状中至少一个性状的棉花品种共计140种，见表1，作为亲本选择的优质资源库；
表1 优质资源库中140种优质棉花品种
S2.采用CTAB法提取DNA，选用了2个代表性优质棉花品种邯4849和邯杂326筛选出正向引物和反向引物，如表2所示，经过筛选条带清晰、多生态性好的引物组合，最终选出15对引物组合为：Me1-Em7；Me 2-Em 2；Me 2-Em 8；Me 3-Em 5；Me 4-Em 4；Me 4-Em 5；Me 5-Em 3；Me 6-Em 2；Me 6-Em 6；Me 7-Em 8；Me 8-Em 5；Me 9-Em 2；Me 9-Em 5；Me 10-Em 6；Me 10-Em 8，(上述15对引物组合中，-前面的数字代表正向引物编号，-后面的数字代表反向引物编号)；利用这15对引物组合，对70种材料进行SRAP扩增。观察扩增产物凝胶电泳，依次将电泳图谱上清晰、可重复出现的条带记为“1”，同一位置没有出现的带记为“0”，缺失的带记为“2”，形成原始数据矩阵；采用NTSYS-pc 2.11软件进行遗传相似系数和聚类分析，对原始数据矩阵经过ntedit程序编辑后，用SimQual程序求Jaccard相似系数，获得相似系数矩阵，用SHAN程序中的UPGMA(unweighted pair-group method using arithmeticaverages)方法进行聚类分析，并通过Treeplot模块生成聚类树状图；
表2 SRAP引物序列
S3.通过相似系数和聚类分析，筛选出遗传距离较远的具有早熟、高产、抗病、优质中至少一个性状的棉花品种作为候选亲本；
S4.将候选亲本将候选亲本分为A、B两组进行不完全双列杂交试验，统计F1代性状数据，计算一般配合力GCA与特殊配合力SCA，选出早熟一般配合力强、产量一般配合力强、抗病一般配合力强、品质一般配合力强的亲本材料分别作为供试亲本早熟强GCA亲本、产量强GCA亲本、抗抗病强GCA亲本、品质强GCA亲本供试亲本，选出特殊配合力强的杂交组合作为复合杂交的供试材料SCA杂交组合；
S5.将早熟强GCA亲本分别与产量强GCA亲本、抗病强GCA亲本、品质强GCA亲本进行杂交，得到供试亲本组配杂交组合，将供试亲本组配杂交组合与强SCA杂交组合进行杂交或复合杂交，从F2代中选择相对早熟、结铃数多的单株；入选的单株种成株行，从株行中筛选相对早熟且子指相对较高的株行；入选的株行种成株系，从株系中筛选生育期为105-110天的早熟、抗病、优质、丰产的株系；推迟至5月底6月初晚播，从中选择相对早熟、大铃、丰产且健壮的棉花株系为决选品系，然后对决选品系进行连续两年的品比试验，同时在邯郸、衡水、沧州、聊城、新乡等不同生态区域进行多点异地鉴定，得到稳定品系；
S6.获得稳定品系后，利用SSR分子标记的特定引物检测新品系早熟基因，通过田间调查，获得兼具特早熟、高产、优质、抗病的品系。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 邯郸市农业科学院
<120> 一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法
<141> 2020-11-10
<160> 18
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 17
<212> DNA
<213> 棉花
<400> 1
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<210> 2
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<212> DNA
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<213> 棉花
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<213> 棉花
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<210> 18
<211> 18
<212> DNA
<213> 棉花
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Claims (1)
1.一种分子标记辅助选育特早熟棉花种质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 收集具有早熟、高产、抗病、优质性状的棉花品种作为亲本选择的优质资源库；
S2. 提取所述优质资源库中每个棉花品种的DNA，合成SRAP引物，利用SRAP分子标记计算Jaccard相似系数和聚类分析；
S3. 结合特定引物性状鉴定，筛选出遗传距离较远的具有早熟、高产、抗病、优质性状的棉花品种作为候选亲本；
S4. 将候选亲本分组，进行不完全双列杂交试验，计算一般配合力和特殊配合力：将候选亲本分为A、B两组进行不完全双列杂交试验，统计F1代性状数据，计算一般配合力GCA与特殊配合力SCA，选出早熟一般配合力强、产量一般配合力强、抗病一般配合力强、品质一般配合力强的亲本材料分别作为供试亲本早熟强GCA亲本、产量强GCA亲本、抗抗病强GCA亲本、品质强GCA亲本供试亲本，选出特殊配合力强的杂交组合作为复合杂交的供试材料SCA杂交组合；
S5. 配制杂交组合，产生的后代按照常规大田选育，获得稳定品系：将早熟强GCA亲本分别与产量强GCA亲本、抗病强GCA亲本、品质强GCA亲本进行杂交，得到供试亲本组配杂交组合，将供试亲本组配杂交组合与强SCA杂交组合进行杂交或复合杂交，从F2代中选择相对早熟、结铃数多的单株；入选的单株种成株行，从株行中筛选相对早熟且子指相对较高的株行；入选的株行种成株系，从株系中筛选生育期为105-110天的早熟、抗病、优质、丰产的株系；推迟至5月底6月初晚播，从中选择相对早熟、大铃、丰产且健壮的棉花株系为决选品系，然后对决选品系进行连续两年的品比试验，同时在不同生态区域进行多点异地鉴定，得到稳定品系；
S6. 获得稳定品系后，利用SSR分子标记的特定引物检测新品系早熟基因，通过田间调查，获得兼具特早熟、高产、优质、抗病的品系。
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