MOLECULAR (LINKAGE AND ASSOCIATION)MAPPING FOR ABIOTIC STRESS TOLERANCE IN COTTON(Gossypium hirsutum L.)

摘要

棉花是世界上重要经济作物。全球气候变化尤其是全球降雨模式的改变制约着当今的农业生产。其中恶化的降雨模式所产生的干旱和盐胁迫也制约着农业生产可持续发展。世界棉花生产也受到干旱和盐胁迫不利影响。在全球气候变化的状况下，为了棉花生产的可持续发展亟需一种充分利用目前所有资源和技术的方法来解决这个难题。改良作物品种对非生物胁迫的耐性成为一种有潜力的方法。QTL定位和关联分析已经成功的用来挖掘棉花非生物胁迫耐性所涉及的基因组区域及分子标记，这将帮助我们开发耐逆性的棉花新品种。鉴于这一目标，在棉花基因组中挖掘耐旱和耐盐分子标记成为本实验的两个主要目的。摘要如下：
　　 1.耐旱QTL定位
　　 棉花可持续生产的一个主要威胁是灌溉水的短缺。弄清棉花耐逆基因组区域将有助于通过分子辅助选择(MAS)育种为水资源缺乏地区发展耐逆性棉花品种。
　　 我们利用亲本干旱敏感陆地棉品种FH-901和耐旱陆地棉品种RH-510构建了F2群体，记录了在水源正常(对照)和缺水的生长条件下F2和F2:3和F2:4代的田间数据，包括生理性状(渗透势和矫正值)、产量及其构成因子(籽棉产量，结铃数/株和铃重)和株型性状(株高和单株分枝数)。然后我们利用两个亲本从6500对SSR引物里筛选到64多态性标记，并用Joinmap3.0软件构建了分子遗传图谱。我们利用QTL Cartographer2.5软件的复合区间作图(CIM)定位了7个QTL(2个渗透势，1个渗透势矫正值，1个籽棉产量，1个单株成铃数，1个单铃重和1个株高)。我们检测到3个缺水条件下QTLs(qtlOP-2，qtlOA-1，和qtlPH-1)，2个相对值(缺水/正常)QTLs(qtlSC-1和qtlBW-1)和2个正常条件下QTLs(qtlOP-1和qtlBN-1)。在这7个QTL中，3个QTLs(qtlOA-1，qtlSC-1和qtlPH-1)能在水源短缺条件下用来分子辅助选择(MAS)育种，进一步开发棉花耐旱品种。
　　 2.耐盐性关联分析
　　 盐胁迫是全球限制农业生产的主要非生物胁迫。鉴定棉花耐盐性涉及的分子标记，将有助于在未来的分子辅助选择(MAS)育种。在目前的研究中，我们设计了一个实验以估计在高盐条件下标记和性状关联性。我们在温室条件下种植109份中国和美国棉花品种，并记录了在幼苗阶段(30 DAS)的表型数据。这些品种播种在含蛭石塑料袋里。该塑料袋按完全随机区组设计摆放，3个重复和3个处理(对照，100 mM和200 mM NaCl处理)。我们记录了表型数据，如茎长，根长，株高，地上部鲜重，根鲜重，单株重鲜，茎干重，根干重，植株干重和根茎比率。相对值(盐胁迫/对照)被认为是一种好的评估胁迫耐性的指标，因此我们利用这些性状的相对值来分析。我们发现在对照和盐处理条件下棉花品种之间存在相当大的差异。
　　 我们从每条染色体上选择3-5对引物，共98对微卫星引物对109个棉花品种进行了基因分型，然后利用STRUCTURE2.2软件估计了群体结构。最后利用TASEL软件结合表型数据和STRUCTURE2.2的结果来确定标记和性状关联性。
　　 我们发现8个标记(NAU458，BNL3590，NAU437，NAU483，BNL3089，JESPR135，TMH05和NAU5091)与所有3个处理，即对照、100mM和200mM NaCl处理有关。这些标记分别位于D1(Chr.15)，A2(Chr.2)，A2(Chr.2)，A3(Chr.3)，A4(Chr.4)，A11(Chr.11)和D11(Chr.21)。NAU483(A3)是关联性状数量最大的标记，尤其是它关联的的性状数量在胁迫条件下比对照处理(包括100 mM和200 mM氯化钠)多。因此，它是一个未来在耐盐分子辅助选择(MAS)育种较好的候选标记。TMH05(D11)关联的性状数量在对照中比胁迫处理多。JESPR135(A11)在空白处理下具有最高的解释表型变异率(19.1％)。
　　 我们发现41个标记与200mM氯化钠处理有关。NAU483(A3)与8个性状有关；NAU5005(D5)与6个性状关联；NAU1167(A3)具有最高的解释表型交异率(13.5％)。15个标记仅仅关联200 mMNaCl处理性状，而不关联对照或是100 mM NaCl处理性状。因此，NAU5005(D5)和NAU980(A11)与更多性状相关而显得更加重要。具有相对较高的解释表型性状变异率的标记分别NAU1042(A5)和NAU980(A11)。14个标记在对照和200mM NaCl处理下表现一般。这些标记在同时考虑作物在对照和高盐胁迫条件的改良值得引起特别关注。
　　 在研究中，我们发现两个耐盐关联标记NAU2083和NAU3901也与耐旱性的QTL相关。这两个共同标记将为棉花的耐旱和耐盐分子机制深入研究提供重要的线索。