陆地棉抗黄萎病性状的全基因组关联分析

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棉花(Gossypium spp.)是我国最主要的经济作物之一。棉花在我国国民经济中占有十分重要的地位。陆地棉(Gossypium hirsutum L.)是棉花种植面积最大栽培种,占整个棉花产量的95%以上。抗黄萎病是陆地棉主要的育种目标性状之一,该性状的QTL(Quantitative trait locus)定位和基于SSR(Simple sequence repeat)标记关联分析的研究已有不少的报道,但是基于全基因组SNP(Single nucleotide polymorphism)位点关联分析(Genomewide Association Studies)的研究相对较少。因此,从全基因组水平上解析陆地棉抗黄萎病性状需要进一步相关研究。本研究利用355份陆地棉种质材料构成的自然群体,基于SLAF(Specific-locus amplified fragment)简化测序技术,检测到了均匀分布在陆地棉26条染色体上的93,250个SNP位点,利用温室接菌和病圃鉴定相结合鉴定自然群体的抗黄萎病性状,开展了SNP位点与目标性状的GWAS研究及显著关联位点附近候选基因的挖掘,主要研究结果如下:1、355份陆地棉种质材料的抗黄萎病性状表型存在广泛的变异。每个环境的黄萎病病指平均值变化范围17.50-37.60,其中2015年病圃环境下的病指平均值最小;2017年温室环境下的病指平均值最大。多年构建的自然群体的抗黄萎病性状呈现近正态分布的趋势。2、不同年份之间对抗病性的影响差异显著,2015年抗病性最好,2016年居中,2017年抗病性最弱。不同地点之间对抗病性的影响差异显著,其中温室的抗病性较病圃弱。年份与地点之间的互作对抗病性的影响差异显著,抗病性从高到低依次为:2015年病圃>2015年温室>2016年温室>2017年病圃>2016年病圃>2017年温室。从整体上看,病圃的抗病性优于温室。可能与环境影响有关。3、采用分布于26条染色上的140个SSR标记检测186份陆地棉种质资源的基因型,共检测出355个等位变异,平均每对引物的等位变异为2.54,平均值为0.76,引物多态性信息含量变化范围:0.50—0.99;通过关联分析的结果看出,同时存在于两个模型下且与棉花抗黄萎病性状相关的SSR位点有22个,其中能同时在两个环境以上出现的位点有2个,分别为NAU998和CGR5258,表型变异解释率分别为5.53%和12.07%。4、通过对陆地棉抗黄萎病性状的关联分析,这些SNP标记覆盖了陆地棉所有的26条染色体,其中A06染色体上分布SNP标记数量最多(7560个);D04染色体上分布SNP标记数量最少(1476个)。获得了3个与抗黄萎病性状显著关联的位点,我们选了抗黄萎病相关性状显著关联的三个SNP位点,在位点rs A10:4209077附近共找到74个候选基因;在位点rs A11:25550007附近共找到43个候选基因;在位点rs D04:48805600附近共找到100个候选基因。本研究发现的与黄萎病显著关联的分子标记及候选基因,可为棉花抗黄萎病分子辅助育种奠定理论基础,应用于棉花抗病育种。
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