海岛棉抗枯萎病高密度连锁图谱构建及抗病基因挖掘

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tiancejiangjun
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棉花(Gossypium spp.)作为纺织工业的主要原料,成为全球重要的经济作物之一。棉花主要的栽培品种为四倍体的陆地棉和海岛棉,其中海岛棉(Gossypium barbadense.)因其具有纤维长、细、强等特点,是纺织特种织物不可或缺的原料。新疆是我国海岛棉主要产区,然而,受到各种病害的危害,种植面积逐年缩小,每年造成巨大的经济损失。对于海岛棉来说,枯萎病的危害最为严重,直接影响海岛棉的产量和品质。由于海岛棉是四倍体,常规育种改良方法对提高抗病性和产量比较困难。近年来随着高通量测序技术的不断完善与应用,为挖掘优异基因、分子改良品种奠定了研究基础,同时也为培育抗病、优质新海岛棉品种提供了巨大支持。本试验以192份不同来源的海岛棉种质资源为材料,2016年-2018年通过病田鉴定和室内接菌鉴定对其抗病性进行统一鉴定。同时以抗枯萎病材料06-146和感病材料新海14号为亲本构成的110份海岛棉RIL群体为材料,进行了5年8个环境的抗枯萎病表型鉴定,利用重测序技术构建了海岛棉高密度连锁遗传图谱,通过复合区间作图法(CIM)对抗病性状进行QTL定位,获得与抗病性状紧密相关的QTL区间。通过对QTL区间基因的富集分析、启动子顺势作用元件分析、结合转录组表达谱综合筛选,得到与抗病相关的候选基因,利用q RT-PCR、VIGS对候选基因进行鉴定和验证。本研究主要获得以下结果:(1)海岛棉抗枯萎病性鉴定192份海岛棉种质资源和110份海岛棉RIL群体均表现出3年大田的不同环境下鉴定无显著性差异,说明枯萎病的抗性表现较为稳定。发病指数与病级则呈极显著正相关;棉花产量与发病等级和发病指数呈极显著负相关。病原菌种浓度为1×10~5个/m L时室内与大田的鉴定结果最为接近,说明以病原菌种浓度为1×10~5个/m L在室内可高效模拟大田进行棉花枯萎病抗性鉴定。(2)利用重测序技术构建海岛棉高密度连锁图谱基于新海14号×06-146杂交得到的110份海岛棉RIL群体及亲本进行深度的重测序,亲本基因组覆盖平均值为14.5 X以上,平均覆盖率为90%以,子代样本的平均覆盖深度为6.73 X,覆盖率超过95.11%。过滤得到933845个SNP,根据子代重组情况进行Bin划分,最终得到3627个Bin。通过各个连锁群平均Bin数为138.5个,其中D13含有最少为53个,A06含有最多为342个Bin。26个连锁群的平均图距为95.51 c M。相关性分析表明遗传连锁图谱与物理图谱共线性较好。(3)海岛棉高密度连锁图谱抗病性QTL定位以海岛棉新海14号和06-146组成的110个种内重组自交系群体,利用nannong参考基因组构建了海岛棉高密度遗传连锁图谱。使用复合区间作图法定位,在6个环境中7条染色体上(A01,A05,A07,A09,D03,D05,D09)检测到9个海岛棉抗枯萎病的QTL。解释的表型变异范围从1.037%-19.654%,LOD值在2-5.996之间。其中11 KC和12 AC这两个环境的LOD值为2没有定位到区间。其中11 AC定位到的q FV-Dt3-1解释表型的变异范围最高。(4)候选基因挖掘针对D03染色体QTL位点区间,通过富集分析得到候选基因,根据基因在多个数据库的注释信息、启动子顺势作用元件和转录组数据综合分析,获得10个基因作为稳定QTL区间的候选基因。q RT-PCR分析显示:Gb CML120(GOBAR_DD06292)基因不仅在两个亲本的根部受到枯萎病菌胁迫后表达差异显著,而且在海岛棉资源材料中也表现出相同的表达趋势。并且通过筛选基因功能注释以及结构解析,发现候选基因Gb CML120(GOBAR_DD06292)属于CML家族,在已报道的文献中和其他物种中具有抗逆响应。后期实验通过病毒介导的VIGS系统进行验证,沉默植株较对照接菌抗性明显降低,结果表明Gb CML120基因在海岛棉抗枯萎病中起重要作用。
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