中国农业科学 | 黑龙江八一农垦大学联合中国农科院棉花所挖掘陆地棉棉籽相关性状的QTN及候选基因

棉花（Gossypium）是世界上重要的经济作物，产生的棉纤维是重要的纺织工业原材料；陆地棉的种植面积和产量在棉花生产中占主体地位。同时，棉籽也是棉花的重要器官，棉籽的籽粒含油量可高达棉籽重量的15.0%—48.7%，占棉花总值的15%—25%，是世界第五大植物油来源，对保证我国粮食安全具有重要意义，同时，在选育综合品质良好的棉花品种过程中具有重要意义。然而，在传统育种中，研究者偏重对纤维品质和产量的研究，对棉籽的研究较少。随着纤维品质、产量的提高，可能会牺牲部分的棉籽性状。对纤维品质良好的棉花品种进行改良，提高棉花的综合利用，是现如今急需解决的问题。

近期， 黑龙江八一农垦大学农学院联合中国农业科学院棉花研究所/棉花生物育种与综合利用国家重点实验室完成的题为“陆地棉棉籽相关性状的QTN挖掘及候选基因筛选”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷15期正式发表。

以陆地棉构建的含有300个家系的重组自交系（recombinant inbred line，RIL）群体为研究对象，对4个环境的棉籽籽指、面积、周长、长度、宽度、长宽比、圆度7个性状进行表型鉴定，利用液相芯片对RIL群体进行基因分型，得到的高质量单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）位点和表型数据进行全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS），挖掘控制棉籽大小相关性状的数量性状遗传位点（quantitative trait nucleotides，QTN），对数量性状遗传位点进行遗传效应分析，筛选候选基因。

RIL群体棉籽相关性状统计分析

7个棉籽大小相关性状在4个环境中均表现为连续正态分布，且具有明显的表型变异，变异系数的范围为1.82%—10.70%，性状的影响基本表现为基因型>环境>基因型×环境，适用于GWAS分析。相关分析表明，籽指与面积、周长、长度、宽度显著相关，长宽比与圆度显著相关，表明可能存在一因多效位点。

RIL群体棉籽性状相关性分析

利用3VmrMLM模型进行全基因组关联分析，共定位到47个与棉籽大小性状相关的数量遗传位点。A07染色体上共定位到11个数量遗传位点，其中，A07：71993462、A07：72067994和A07：72198802的位点物理位置接近，在4个环境中稳定存在，与棉籽籽指、面积、周长、长度和宽度关。这3个数量遗传位点位于A07染色体71.99-72.87 Mb区间，标记间R²的平均值>0.8（P<0.001），呈现较大的连锁不平衡。遗传效应分析发现，该区段存在2种单倍型，在棉籽大小的相关性状中，单倍型Ⅱ与单倍型Ⅰ差异性显著，表明该位点直接影响棉籽大小性状，可用于分子标记辅助选择。利用TM-1转录组数据对区间内的基因进行表达模式分析，发现Gh_A07G1767在棉籽发育阶段优势表达，Gh_A07G1766在棉籽发育阶段特异性表达，推测其在棉籽生长发育过程中发挥重要的作用。

群体SNP遗传数据

棉花A07染色体棉籽性状关联SNP单倍型分析

该研究共检测到47个与棉籽形状大小有关的数量遗传位点，均为一因多效位点，A07 染色体上3个数量遗传位点可将RIL群体分为2个单倍型，在棉籽大小相关性状表现中，单倍型Ⅱ与单倍型Ⅰ差异性显著，可能是控制棉籽大小性状的稳定位点。同时，鉴定到2个与棉籽形状大小有关的候选基因。

该研究获得国家自然科学基金（32070560）、农业科技创新工程（CAAS-ASTIP-2016-ICR）、新疆维吾尔自治区自然科学基金（2021D01B114）、新疆维吾尔自治区重大科技专项计划（2021A02001-3）的资助。

论文链接：

《陆地棉棉籽相关性状的QTN挖掘及候选基因筛选》

引用本文：

白冰楠, 乔丹, 葛群, 栾玉娟, 刘小芳, 卢全伟, 牛皓, 龚举武, 巩万奎, ELAMEER ELSAMMAN, 闫浩亮, 李俊文, 刘爱英, 石玉真, 王海泽, 袁有禄. 陆地棉棉籽相关性状的QTN挖掘及候选基因筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 2901-2913.

BAI BingNan, QIAO Dan, GE Qun, LUAN YuJuan, LIU XiaoFang, LU QuanWei, NIU Hao, GONG JuWu, GONG WanKui, ELAMEER ELSAMMAN, YAN HaoLiang, LI JunWen, LIU AiYing, SHI YuZhen, WANG HaiZe, YUAN YouLu. QTN Mining and Candidate Gene Screening of Upland Cotton (Gossypium hirsutum L.) Seed-Related Traits[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(15): 2901-2913.