棉花是世界上最重要的天然纤维作物,棉纤维是重要的纺织工业原料。棉属(Gossypium)有约50个种,其中4个为栽培种。栽培种有二倍体的草棉(G.herbceum L.)和亚洲棉(G.arboreum),四倍体的陆地棉(G.hirsutum L.)和海岛棉(G.barbadense L.),其中陆地棉生产了全世界95%以上的原棉。随着人民生活水平的提高和纺织技术的不断改进,如何尽快提高棉纤维品质,培育高产优质品种越来越受到广大棉花育种工作者的关注。传统育种在棉花产量和品质的改良上已经了做很多努力和巨大贡献,但由于棉花纤维品质性状受多基因控制,与产量性状负相关且容易受到环境影响,使传统育种方法进展缓慢难以适应现代育种要求。分子生物学与生物技术的发展为解析复杂性状的遗传机制和分子育种提供了重要技术保障。迄今,尽管已经鉴定了大量与棉花纤维产量、品质等性状相关的数量性状基因座(QTL),但利用分子育种技术提高纤维产量和品质的育种实践还很少。其主要原因是:(1)分子标记与棉花纤维产量、品质等性状QTL遗传距离偏远;(2)克隆的棉花纤维产量、品质等性状QTL/基因较少。因此,构建高密度遗传连锁图、精细定位棉花纤维品质性状QTL以及鉴定QTL候选基因对棉花纤维品质改良具有重要的理论意义和实践应用价值。实验室早期利用渝棉1号与T586杂交建立的不同分离群体在第6染色体多毛性状T1位点附近检测到控制多个纤维品质性状的QTL。本研究在实验室前期所构建的(渝棉1号×T586)重组近交系群体遗传图谱的基础上,一方面利用新的SSR标记加密遗传图谱,另一方面从(渝棉1号×T586)重组近交系群体选择具有植株多毛、纤维短粗的RIL118系与渝棉1号杂交建立F2大群体,精细定位T1位点区域的纤维品质性状QTL,同时利用表达谱测序和q RT-PCR分析鉴定候选基因,从而为克隆T1位点区域的纤维品质主效QTL奠定基础。主要研究结果如下:1.遗传图谱加密利用新合成的2349对SSR引物以及已发表遗传图谱上的5583对SSR引物筛选亲本T586和渝棉1号获得475对多态性引物。以多态性SSR引物检测(渝棉1号×T586)重组近交系群体,共获得489个位点。加上实验室前期获得的标记位点共1801个,其中9个为形态标记。构建的遗传连锁图包含1684个标记位点(1675个SSR位点和9个形态标记),图谱覆盖3338.2c M、标记间平均距离为1.98 c M。2.植株茸毛性状的遗传在(渝棉1号×RIL118)F2群体6975个单株的分离群体中,多毛:中等茸毛:少毛=1796:3409:1770,经卡平方检测符合1:2:1的孟德尔分离比(χ2=3.72<χ20.05,2=5.99),这结果表明来自T586的密生茸毛(T1)是受不完全显性单基因控制。4.T1与纤维品质性状的关系2011年,(渝棉1号×RIL118)F2群体1434个单株的纤维品质呈连续分布。群体具有多毛T1T1基因型植株的纤维品质较差,与RIL118类似;而具有少毛t1t1基因型植株的纤维品质较好,与渝棉1号类似。5个纤维品质性状之间具有极显著相关性,纤维马克隆值和伸长度之间为极显著正相关,这两个性状与其他纤维品质性状之间均为极显著负相关;纤维长度、比强度和整齐度三个性状之间均为极显著正相关。5.纤维品质性状QTL的初定位利用已发表棉花海陆种间杂交群体遗传图谱第6和25染色体上的RFLP探针设计132对SSR引物,以雷蒙徳氏棉(G.raimondii)基因组序列第10染色体(对应四倍体棉花第6和25染色体)设计386对SSR引物。利用新设计SSR引物筛选渝棉1号与RIL118,分别获得5对和13对多态性引物。2011年,利用加密遗传图谱第6染色体上的SSR引物和新筛选的SSR引物共115对,检测随机选择的(渝棉1号×RIL118)F2群体360个单株的标记基因型,构建的陆地棉第6染色体遗传图谱覆盖133.1 c M。结合360个单株纤维品质性状表型鉴定结果,检测到控制纤维长度、马克隆值、整齐度和比强度5个纤维品质性状的QTL,QTL定位在标记MUCS114和MUSS099之间。5个纤维品质性状QTL的LOD分别是62.6、42.5、31.6和52.4;加性效应分别为2.78、-0.43、1.90和2.92;解释性状变异分别为59.3%、45.7%、36.4%、36.4%和53.8%。6.纤维品质性状QTL的精细定位利用QTL区域的24个SSR标记检测2011年剩余1074个单株的标记基因型,构建的QTL区域饱和遗传连锁图覆盖0.35c M,以1434个单株的纤维品质性状鉴定结果,将纤维品质性状QTL定位在标记HAU2119和SWU2302之间,其遗传距离为0.28 c M。纤维长度、马克隆值、整齐度、整齐度和比强度4个性状QTL的LOD分别是211.1、144.8、100.1和193.2;加性效应分别是2.65、-0.41、1.83、和2.91;解释性状变异分别为54.7%、40.5%、30.1%和50.0%。为进一步确定QTL位置,2012年将群体扩大到6975个单株,标记基因检测结果显示HAU2119和SWU2302之间没有获得新的交换事件。6975个单株的群体中,QTL区域(MUCS114和SWU2302之间)共检测到51个重组株。替换作图进一步将QTL确定在标记HAU2119和SWU2302之间。7.纤维品质性状QTL的物理定位遗传图谱纤维品质性状QTL区域标记的顺序与其在雷蒙德氏棉第10染色体和陆地棉第6染色体的顺序完全一致。标记HAU2119和SWU2303之间对应雷蒙德氏棉基因组第10染色体的物理距离为2.7Mb,此区间包含了100个基因;对应陆地棉第6染色体染色体的物理距离为4.4Mb,此区间包含了81个基因。8.纤维品质性状QTL候选基因鉴定扫描电镜观察和解剖镜观察1DPA的胚珠、3DPA、5DPA和7DPA的纤维显示,渝棉1号和RIL118的纤维长度在开花后3天即有明显差异。以雷蒙德氏棉基因组为参考基因组,RIL118和渝棉1号0DPA胚珠和5DPA纤维总RNA表达谱分析结果表明,RIL118和渝棉1号在0DPA胚珠和5DPA纤维分别有1262个和4436个显著差异表达基因,在这些差异表达基因中,其中有4个基因位于QTL区域。根据4个差异表达基因对应陆地棉基因组第6染色体的同源基因序列设计特异性引物,q RT-PCR分析表明其中3个基因与表达谱结果一致。