CN114317795B - 来自中棉所70群体中能提高棉花纤维强度的snp标记 - Google Patents
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Abstract
本发明属于棉花分子育种技术领域,公开了来自中棉所70群体中能提高棉花纤维强度的SNP标记。所述的SNP分子标记是以棉花稳定的RIL群体为材料,通过简化基因组测序的方法得到。利用本发明所公开的这些标记位点,进行快速纤维高强材料的筛选,可大大缩短育种周期,提高棉花纤维强度的育种效率。
Description
技术领域
本发明属于棉花分子育种技术领域,具体涉及来自中棉所70群体中能提高棉花纤维强度的SNP标记及其应用。
背景技术
近年来,利用传统育种技术,我国棉花产量、抗性等改良方面取得了很大进展,育成品种的产量、抗性等均取得很大进步,随着纺纱技术的不断革新,对原棉纤维品质的要求也在不断提高。与国外棉花品种相比,我国主栽品种的纤维长度差别不大,但是纤维断裂比强度偏低(平均低1-2cN/tex),直接影响棉纱产品质量(喻树迅等, 我国棉花现代育种技术应用与育种展望,2008)。随着人们对高品质纤维的需求越来越高,对于棉花育种者来说,选育高品质的纤维品种育种的明确目标。但纤维质量和产量都是数量性状,它们之间呈现负相关的遗传相关性,因此使用传统方法同时提高纤维质量和产量是困难的。通过构建棉花遗传图谱进行QTL定位可以使育种者直接选择纤维品质等数量性状的基因型,通过利用F2和RIL等作图群体进行了纤维品质QTL定位研究也取得了丰硕的成果。尤其以第三代标记技术SNP标记的开发和应用,更可为以后的标记辅助育种打下基础。
海岛棉具有纤维长、强、细等优异的纤维品质,但适应性差、产量低,而陆地棉适应性广,产量高,但纤维品质一般,因此,因此,挖掘海岛棉的优异纤维品质基因,把海岛棉优异纤维品质基因转移到陆地棉背景中,对我国陆地棉纤维品质的提高有着重要的意义。但实践证明,利用常规的育种手段和方法把二者的优良性状结合在一起很难。
由本发明人研究团队培育的陆地棉材料CCRI70(中棉所70)来源于sGK中156和901-001(都是公开已知的材料,例如,sGK中156,《乡村科技》,2015,3:6.),901-001转抗虫基因中熟杂交一代品种(国审棉2008011),产量表现优异,皮棉产量均高于对照组,鉴于中棉所70品种的优越性,我们以sGK156和901-001的两个材料为亲本开发了包含250个材料的重组自交系群体(RIL),加代种植到F5:7 代,并使用简化基因组测序(SLAF-seq)构建遗传图谱。基于全基因组的高密度基因图谱包含24425个单核苷酸多态性(SNP)标记,总距离为4850.47 cM。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:通过筛选出来自于中棉所70群体中能提高棉花纤维强度的SNP分子标记,根据所选出的SNP 标记,能根据突变碱基可快速鉴定出高强和低强纤维材料,所筛选的SNP位点对于高强度纤维材料的快速选育具有重要的意义,可大大加速育种周期,提高育种效率。
本发明提供的技术方案是:一种与陆地棉纤维品质基因连锁的SNP标记,包括4个SNP标记位点,D01_58256867,D13_56413025,D13_64214162,D13_64376711,SNP标记在染色体上的位置和突变碱基如下表所示:
SNP | QTL | Alleles | position |
D01_58256867 | qFS-chr15-4 | C/T | 58256867 |
D13_56413025 | qFS-chr18-4 | C/T | 56413025 |
D13_64214162 | qFS-chr18-1 | T/C | 64214162 |
D13_64376711 | qFS-chr18-1 | A/G | 64376711 |
所述的4个SNP分别定位在陆地棉的D01,D13这两条染色体内,并与棉花纤维强度相关。
D01_58256867,D13_56413025,D13_64214162,D13_64376711,这些SNP的名称是为染色体加标记在染色体上的物理位置而得到。QTL命名参考McCouch等(1997)在水稻中的命名规则,以q+性状+连锁群+QTL个数的形式表示。(McCouch SR, Cho YG, Yano M, et al.Report on QTL nomenclature, Rice Genet Newslett.,1997,14:11-13),例如qFS-chr25-2表示定位到25号染色体与纤维强度相关的第二个QTL。
本发明中构建图谱所有的参考基因组为张天真的三代基因组版本,TM-1 v2.1.(Hu Y, Chen J, Fang L, Zhang Z, Ma W, Niu Y, Ju L, Deng J, Zhao T, Lian J(2019) Gossypium barbadense and Gossypium hirsutum genomes provide insightsinto the origin and evolution of allotetraploid cotton. Nature genetics 51(4):739.)
本发明所述的SNP标记可通过SNP基因分型实验有效地区分不同SNP位点与不同基因型,从而可对不同棉花样品进行筛选,可筛选出纤维强度高的株系,大大缩短育种周期,提高棉花纤维强度的育种效率。
同时,本发明还提供所述的SNP分子标记的筛选方法,具体包括如下步骤:
(1)利用大田推广的陆地棉栽培品种sGK156系901-001系杂交获得杂交种中棉所70(F1),并构建了F2和F2:3群体;
(2)F2:3群体家系内每世代自交,在F2:5世代进行一次单株选择,再种植两代到F5:7,把F5:7及以后的世代作为重组自交系群体进行多年多点实验;
(3)提取重组自交系群体和亲本的基因组DNA;
(4)对检测的各样品基因组DNA进行SLAF测序,构建连锁图谱;
(5)纤维强度性状QTL定位:通过9个环境下稳定的纤维品质主效QTLs筛选,选择与纤维强度、纤维长度、马克隆值分型明显的SNP,得到所述4个在多环境下稳定纤维强度主效的QTL和1个在多环境下稳定的马克隆值主效的QTL,及其连锁的SNP标记:D01_58256867,D13_56413025,D13_64214162,D13_64376711。
本发明的有益效果如下:
本发明所涉及的与多环境稳定的高强度纤维主效基因有关的位点共有3个(qFS- chr15-4,qFS-chr18-4,qFS-chr18-1),通过筛选与棉花高强纤维主效基因紧密连锁且在多个环境下表现稳定的SNP标记,将这些SNP标记应用于棉花纤维品质的辅助选择,QTL定位结果可靠,可以尽快提高我国棉花品种的纤维品质水平。qFS-chr15-4能在4个环境下((2016临清、2016常德、2016安阳、2016石河子)检测到,可解释的表型变异为4.19-6.83%,加性效应值为-0.62- -0.38cN/tex;qFS-chr18-4能在3个环境下(2015安阳、2016常德、2016石河子)检测到,可解释的表型变异为4.24-6.42%,加性效应值为-0.49- -0.28cN/tex;qFS- chr18-1能在8个环境下(2015阿拉尔、2015安阳、2015临清、2016阿拉尔、2016常德、2016库尔勒、2016临清、2016石河子)检测到,解释的表型变异为3.46-6.34%,加性效应值为-0.56--0.29cN/tex。本发明利用重组自交系F6:8(RIL)筛选出稳定的纤维强度QTLs及其紧密连锁的分子标记,所述SNP分子标记来自于本研究团队培育的陆地棉材料CCRI70(中棉所70),通过基因组简化基因组测序的方法得到,利用与这些QTL紧密连锁的分子标记筛选出纤维强度得到提高的株系,进行分子标记辅助育种选择,可大大缩短育种周期,提高棉花纤维强度的育种效率。
附图说明
图1是中70群体252个材料所构建的遗传图谱,a:包含26个连锁群(染色体)总距离为4850.47 cM,平均标记间隔为0.20 cM陆地棉高密度遗传图谱。在A亚基因组(At)上有14220个SNP标记、图距2564.93 cM,以及在D亚基因组(Dt)上有10205个SNP标记、图距2285.54 cM。 b: 26条染色体中chr06上拥有313个标记、在遗传图谱上距离227.05 cM,遗传距离最长; chr23拥有642个SNP标记、遗传图谱上距离为151.39 cM,遗传距离最短。使用Spearman系数估计遗传图谱与物理图谱映射的共线性,除chr08以外,所有其他染色体的spearman相关性绝对值均大于0.9。上述结果表明中棉所70 RIL群体高密遗传图谱具有较高的标记密度,以及对比物理图谱较好的共线性,可用于后续QTL全基因组挖掘。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐述本发明,但并不是对本发明的限制,仅仅做示例说明。
实施例1:
重组自交系的获得:
(1)由转基因抗虫棉品系sGK156作为母本,陆地棉优质品系901-001(转抗虫基因中熟杂交一代品种(国审棉2008011)作为父本获得杂交后代CCRI70(F1),即中棉所70(袁有禄等.转基因抗虫优质杂交棉-中棉所70,中国棉花,2009,2(17):1)。F1植株自花授粉并在三亚(18º14'N,109º31')收获F2种子。为亲本构建F2和F2:3群体。
(2)种植250株F2的单株,亲本和F1分为两行。从自交的F2植株中收获了250个F2:3单株,并于2013年4月在安阳田间种植单行,而亲本和F1植物在田间种植两行。F2:3单株收获自交铃F2:4。F2:4植株于2013年冬季种植在海南,F2:5植株于2014年种植在安阳。来自F2:5随机收取的F5:6植株于2014冬天种植在海南一个单行地块(5m长,0.7m宽)中。F5:7的后代被认为是RIL的群体。后续对RIL群体进行多年多点实验。
(3)提取重组自交系群体和亲本的DNA;
(4)构建连锁图谱:对检测的各样品基因组DNA进行酶切实验,对得到的酶切片段(SLAF标签)进行3’端加A处理,连接Dual-index测序接头,PCR扩增、纯化、混样、切胶选取目的片段,测序,对结果进行遗传图谱的构建(请参见图1)。
(5)纤维品质性状QTL定位:进行9个环境下(2015年阿拉尔,2015年安阳,2015年临清,2016年阿拉尔,2016年安阳,2016年常德,2016年临清,2016石河子,2016库尔勒)稳定的纤维品质主效QTLs筛选,选择与纤维强度、纤维长度、马克隆值分型明显的SNP,得到以下多环境稳定的SNP标记位点,D01_58256867,D13_56413025,D13_64214162,D13_64376711,SNP标记在染色体上的位置和突变碱基如下表所示:
SNP | QTL | Alleles | position |
D01_58256867 | qFS-chr15-4 | C/T | 58256867 |
D13_56413025 | qFS-chr18-4 | C/T | 56413025 |
D13_64214162 | qFS-chr18-1 | T/C | 64214162 |
D13_64376711 | qFS-chr18-1 | A/G | 64376711 |
所述的4个SNP分别定位在陆地棉的D01,D13这两条染色体内,与棉花纤维强度相关,所述的4个SNP标记位点均至少在3个环境下检测稳定。
实施例2:
(1)利用本发明人课题已构建的棉花自然群体,共306份材料进行简化基因组重测序,根据棉花基因组大小以及GC含量等信息,最终选取棉花基因组作为参考基因组(张天真的三代基因组版本,TM-1 v2.1.(Hu Y, Chen J, Fang L, Zhang Z, Ma W, Niu Y, Ju L,Deng J, Zhao T, Lian J (2019) Gossypium barbadense and Gossypium hirsutumgenomes provide insights into the origin and evolution of allotetraploidcotton. Nature genetics 51 (4):739.)。具体信息如下所示:测序物种信息:棉花,实际基因组大小约为2.95G,GC含量为34.11%;参考物种信息:棉花基因组。组装出的基因组大小为2.55G,GC含量为34.11%。
(2)对得到的酶切片段 (SLAF标签)进行3′端加A处理、连接Dual-index测序接头、PCR扩增、纯化、混样、切胶选取目的片段,文库质检合格后用IlluminaHiSeq进行测序。
(3)最终确定使用HaeIII+SspI-HF酶切,酶切效率为95.70%,酶切片段长度在364-414的序列定义为SLAF标签,测序共得到1,970.53M reads。通过生物信息学分析,获得1,577,828个SLAF标签,标签的平均测序深度为13.19x。
(4)利用BWA将测序reads比对到参考基因组上,并使用GATK和samtools两种方法开发SNP,以两种方法得到的SNP标记交集作为最终可靠的SNP标记数据集,共得到3,464,561个群体SNP。根据完整度>0.6,MAF>0.05过滤,共得到133,846个高一致性的群体SNP其中多态性的SLAF标签共有889,412个,共得到3,464,561个群体SNP。
(5)以上述提到的4个标记位点,与实施例2中提到的SNP 结果进行统计,随机抽取材料,与纤维检测结果进行比对,检测结果如下所示:
SNP | Alleles | environment | material | Fiber strength(cN/Tex) |
D13_64376711 | G | 16AY | Pima s-7 | 37.40 |
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D13_64376711 | G | 15AY | Pima s-7 | 43.8 |
D13_64376711 | G | 17AY | Pima s-7 | 41.4 |
D13_64376711 | G | 17ALR | Pima s-7 | 40.5 |
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D13_64376711 | G | 17WH | USDA | 39.7 |
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D13_64376711 | G | 17AY | G.b93260 | 49.9 |
D13_64376711 | G | 17ALR | G.b93260 | 48.7 |
D13_64376711 | G | 17WH | G.b93260 | 49.8 |
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D13_64376711 | A | 15AY | Z60 | 27.4 |
D13_64376711 | A | 17AY | Z60 | 27.5 |
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D13_64376711 | A | 16ALR | 12N393-66 | 25.7 |
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D13_64214162 | C | 17AY | Pima s-7 | 41.4 |
D13_64214162 | C | 17ALR | Pima s-7 | 40.5 |
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D13_64214162 | C | 16AY | 海1 | 38.3 |
D13_64214162 | C | 16ALR | 海1 | 33.8 |
D13_64214162 | C | 15AY | 海1 | 32.2 |
D13_64214162 | C | 17AY | 海1 | 36.5 |
D13_64214162 | C | 17ALR | 海1 | 41.3 |
D13_64214162 | C | 17WH | 海1 | 38.8 |
D13_64214162 | C | 16AY | G.b93260 | 45.9 |
D13_64214162 | C | 16ALR | G.b93260 | 45.1 |
D13_64214162 | C | 15AY | G.b93260 | 43.6 |
D13_64214162 | C | 17AY | G.b93260 | 49.9 |
D13_64214162 | C | 17ALR | G.b93260 | 48.7 |
D13_64214162 | C | 17WH | G.b93260 | 49.8 |
D13_64214162 | T | 16AY | Z60 | 25.2 |
D13_64214162 | T | 16ALR | Z60 | 25.1 |
D13_64214162 | T | 17ALR | Z60 | 27.1 |
D13_64214162 | T | 17WH | Z60 | 25.3 |
D13_64214162 | T | 16AY | 锦科2号 | 27.1 |
D13_64214162 | T | 16ALR | 锦科2号 | 27.6 |
D13_64214162 | T | 15AY | 锦科2号 | 26.9 |
D13_64214162 | T | 17AY | 锦科2号 | 27.0 |
D13_64214162 | T | 17ALR | 锦科2号 | 27.0 |
D13_64214162 | T | 17WH | 锦科2号 | 27.0 |
D13_64214162 | T | 16AY | ZJB107 | 25.4 |
D13_64214162 | T | 16ALR | ZJB107 | 27.6 |
D13_64214162 | T | 15AY | ZJB107 | 25.7 |
D13_64214162 | T | 17AY | ZJB107 | 26.8 |
D13_64214162 | T | 17ALR | ZJB107 | 26.5 |
D13_64214162 | T | 17WH | ZJB107 | 25.2 |
D01_58256867 | T | 16AY | 新陆中35 | 30.9 |
D01_58256867 | T | 17AY | 新陆中35 | 36.9 |
D01_58256867 | T | 17WH | 新陆中35 | 34.3 |
D01_58256867 | T | 16AY | 鲁棉2号 | 30.2 |
D01_58256867 | T | 17AY | 鲁棉2号 | 30.4 |
D01_58256867 | T | 17WH | 鲁棉2号 | 30.4 |
D01_58256867 | T | 17ALR | 中437 | 29.2 |
D01_58256867 | T | 17WH | 中437 | 30.4 |
D01_58256867 | T | 17AY | 中437 | 29.1 |
D01_58256867 | C | 16AY | AY1426 | 25.4 |
D01_58256867 | C | 16ALR | AY1426 | 24.0 |
D01_58256867 | C | 17AY | AY1426 | 25.7 |
D01_58256867 | C | 17ALR | AY1426 | 25.5 |
D01_58256867 | C | 16AY | 冀石145 | 25.7 |
D01_58256867 | C | 16ALR | 冀石145 | 25.2 |
D01_58256867 | C | 17ALR | 冀石145 | 26.4 |
D01_58256867 | C | 16AY | Z60 | 25.2 |
D01_58256867 | C | 16ALR | Z60 | 23.6 |
D01_58256867 | C | 15AY | Z60 | 27.8 |
D01_58256867 | C | 17AY | Z60 | 25.9 |
D01_58256867 | C | 17ALR | Z60 | 25.3 |
D01_58256867 | C | 17WH | Z60 | 27.7 |
D13_56413025 | T | 16AY | y1*0-153*7235*s3 | 36.7 |
D13_56413025 | T | 16ALR | y1*0-153*7235*s3 | 31.7 |
D13_56413025 | T | 17AY | y1*0-153*7235*s3 | 40.9 |
D13_56413025 | T | 17ALR | y1*0-153*7235*s3 | 37.0 |
D13_56413025 | T | 17WH | y1*0-153*7235*s3 | 35.2 |
D13_56413025 | T | 17AY | 9602*9708 | 29.1 |
D13_56413025 | T | 17ALR | 9602*9708 | 30.6 |
D13_56413025 | T | 17WH | 9602*9708 | 30.9 |
D13_56413025 | T | 16AY | 558Bar02 | 31.5 |
D13_56413025 | T | 16ALR | 558Bar02 | 30.0 |
D13_56413025 | T | 17AY | 558Bar02 | 34.1 |
D13_56413025 | T | 17ALR | 558Bar02 | 31.3 |
D13_56413025 | T | 17WH | 558Bar02 | 30.0 |
D13_56413025 | T | 16AY | Pima s-7 | 37.4 |
D13_56413025 | T | 16ALR | Pima s-7 | 35.0 |
D13_56413025 | T | 15AY | Pima s-7 | 43.8 |
D13_56413025 | T | 17AY | Pima s-7 | 41.4 |
D13_56413025 | T | 17ALR | Pima s-7 | 40.5 |
D13_56413025 | T | 17WH | Pima s-7 | 49.7 |
D13_56413025 | T | 16AY | mbhn48-9 JC | 32.2 |
D13_56413025 | T | 16ALR | mbhn48-9 JC | 31.6 |
D13_56413025 | T | 15AY | mbhn48-9 JC | 33.0 |
D13_56413025 | T | 17AY | mbhn48-9 JC | 37.9 |
D13_56413025 | T | 17ALR | mbhn48-9 JC | 34.4 |
D13_56413025 | T | 17WH | mbhn48-9 JC | 31.1 |
D13_56413025 | T | 16AY | 新陆中35 | 30.9 |
D13_56413025 | T | 17AY | 新陆中35 | 36.9 |
D13_56413025 | T | 17WH | 新陆中35 | 34.3 |
D13_56413025 | T | 16AY | 9147*9178 | 31.6 |
D13_56413025 | T | 17ALR | 9147*9178 | 31.4 |
D13_56413025 | T | 17WH | 9147*9178 | 31.6 |
注:表中Z60是中棉所60。.
结果统计显示为:具有四个标记的高强分型位点的纤维强度均高于29.0(cN/Tex),具有四个标记的低强分型位点的纤维强度均低于28.0(cN/Tex)。上述所涉及的环境为2016年安阳(16AY)、2016年阿拉尔(16ALR)、2015年安阳(15AY)、2017年安阳(17AY)、2017年阿拉尔(17ALR)、2017年武汉(17WH)。
SNP标记位点 | SNP分型 | 纤维强度 | SNP分型 | 纤维强度 |
D01_58256867 | T | 高强 | C | 低强 |
D13_56413025 | T | 高强 | C | 低强 |
D13_64214162 | C | 高强 | T | 低强 |
D13_64376711 | G | 高强 | A | 低强 |
Claims (3)
1.一种与陆地棉纤维品质基因连锁的SNP分子标记的筛选方法,包括如下步骤:
(1)利用大田推广的陆地棉栽培品种sGK156系901-001系杂交获得杂交种中棉所70(F1),并构建了F2和F2:3群体;
(2)F2:3群体家系内每世代自交,在F2:5世代进行一次单株选择,再种植两代到F5:7,把F5:7及以后的世代作为重组自交系群体进行多年多点实验;
(3)提取重组自交系群体和亲本的基因组DNA;
(4)对检测的各样品基因组DNA进行SLAF测序,构建连锁图谱;
(5)纤维强度性状QTL定位:通过9个环境下稳定的纤维品质主效QTLs筛选,选择与纤维强度、纤维长度、马克隆值分型明显的SNP分子标记,得到4个在多环境下稳定纤维强度主效的QTL和1个在多环境下稳定的马克隆值主效的QTL,及其连锁的SNP分子标记;
其中,4个在多环境下稳定纤维强度主效的QTL连锁的SNP分子标记在染色体上的位置和突变碱基如下表所示,参考基因组的版本号为张天真的三代基因组版本TM-1v2.1;
。
2.一种与陆地棉纤维品质基因连锁的SNP分子标记在陆地棉纤维品质分子辅助育种中的应用,其特征在于:通过SNP分子标记的基因分型实验,从而有效地区分不同SNP位点和不同的基因型,对不同棉花样品进行筛选,达到分子标记辅助育种选择的目的;
所述SNP分子标记在染色体上的位置和突变碱基如下表所示,参考基因组的版本号为张天真的三代基因组版本TM-1v2.1;
。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:筛选出纤维强度高的株系。
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---|---|---|---|
CN202111051315.5A CN114317795B (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 来自中棉所70群体中能提高棉花纤维强度的snp标记 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN114317795A CN114317795A (zh) | 2022-04-12 |
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Citations (3)
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CN107043813A (zh) * | 2017-02-22 | 2017-08-15 | 中国农业科学院棉花研究所 | 陆地棉25号染色体与纤维强度相关的snp分子标记 |
AU2020104241A4 (en) * | 2020-09-23 | 2021-03-11 | Institute Of Cereal And Oil Crops, Hebei Academy Of Agriculture And Forestry Sciences | SNP Molecular Markers for Identifying Fiber Specific Strength and Micronaire Value of Cotton and Application |
-
2021
- 2021-09-08 CN CN202111051315.5A patent/CN114317795B/zh active Active
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AU2020104241A4 (en) * | 2020-09-23 | 2021-03-11 | Institute Of Cereal And Oil Crops, Hebei Academy Of Agriculture And Forestry Sciences | SNP Molecular Markers for Identifying Fiber Specific Strength and Micronaire Value of Cotton and Application |
Non-Patent Citations (3)
Title |
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"A high density SLAF-SNP genetic map and QTL detection for fibre quality traits in Gossypium hirsutum";Iftikhar Ali et al.;《BMC Genomics》;第19卷;第1-18页 * |
"Quantitative Trait Loci and Transcriptome Analysis Reveal Genetic Basis of Fiber Quality Traits in CCRI70 RIL Population of Gossypium hirsutum";Xiao Jiang et al.;《Frontiers in Plant Science》;第12卷;第1-16页 * |
"中棉所70重组自交系群体纤维品质QTL和优质基因全基因组挖掘";姜晓;《中国博士学位论文全文数据库》;第1-120页 * |
Also Published As
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