棉花重要性状基因定位研究进展

5 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
200813
作物杂志 C rop s
一步分析 ,应用这些标记筛选包含 R f1 的棉花 BAC ( 0 261322R )文库 ,构建了 R f1 基因的物理图谱 ,并 将其初 步 定 位 于 两 个 克 隆 ( Y48 和 Y42 ) 之 间 约 100kb的区段上 ,为进一步克源自文库以及转基因研究奠 定了重要基础 。 112 棉花无腺体基因的分子定位
D2和 CM S2D8两种 ,其育性恢复受一对显性基因 控制 ,其中来自于 CM S2D2 的恢复基因 R f1 可恢复 两种不育胞质的育性 ,而来自于 CM S2D8的恢复基 因 R f2 仅能恢 复 CM S2D8 的 育性 。利用 分子 标记 技术进行恢复基因的定位研究对图位克隆以及棉 花杂种优势利用中恢复系的分子标记辅助选择都 具有重要的应用价值 。 Guo 等 [ 1 ]利用 RA PD 分子 标记技术首次报道筛选到 1个与胞质雄性不育育 性恢复基因 R f1 连锁的分子标记 O PV15300 。此后 , L iu等 [ 2 ]对该基因进行了进一步定位研究 ,分别选 用 RA PD 引物和 SSR 引物 ,共筛选到 2个 RA PD 引 物和 3 个 SSR 引 物 与 R f1 基 因 紧 密 连 锁 。 Zhang 等 [ 3 ]在 3 个回交群体中利用 RA PD 标记鉴定出 2 个与 R f1 紧密连锁的标记 UBC169和 UBC659 , 2个 与 恢 复 基 因 R f2 紧 密 连 锁 的 标 记 UBC111 和 UBC188。其中 UBC188 与 R f2 相 距 219 cM , 并 将 UBC188、UBC169 和 UBC659 成 功 转 换 为 STS 标 记 。 Feng等 [ 4 ]找到与 R f1 共分离的 3 个 RA PD 标 记 ,并将其成功转化为 STS标记 。 Yin 等 [ 5 ]在 L iu 和 Feng的基础上构建了一张连锁图总遗传距离小 于 110cM 的图谱 ,共含 8 个 SSR 标记 、2 个 RA PD 标记和 3个 STS标记 ,对棉花恢复基因 R f1 进行进
关键词 棉花 ;基因定位 ;分子标记 ; Q TL s; 分 子育种
棉花是我国主要的经济作物 ,是天然纤维的 重要来源之一 ,也是优质蛋白和食用油的潜在资 源 。近年来 ,棉花种质资源库不断拓展 ,遗传育种 学家已通过各种途径创造了多种突变材料 ,为棉 花品种选育及性状改良提供了重要的遗传信息 。 而随着棉花分子生物学和生物信息学 的迅速 发 展 ,通过 DNA 标记技术对目标性状基因定位及遗 传效应分析 ,并结合育种目标设计目标基因型 ,使 得传统育种与分子育种相互结合形成了分子设计 育种 。基因定位则是实现分子设计育种的首要前
棉花的许多表型突变基因在棉花育种和生产 上具有重要意义 ,一旦找到与这些性状基因连锁 的 DNA 分子标记 ,将有助于这些基因的克隆 、品 种纯度鉴定及杂种优势的研究 。倪西源等 [ 11 ]以两 个陆地棉多标记基因系 T582和 T586,以及杂交获 得的 F1 、F2 及 F3 代作为试验材料 ,利用 11 对 SSR 引物对 F2 群体的 120 个单株的 DNA 样品进行多
18 ) 收稿日期 : 2008 - 01 - 28;修回日期 : 2008 - 03 - 25
提 。本文从控制棉花重要性状如形态性状 、产量 、 品质 、抗病等方面综述其基因定位方面的最新研 究进展 ,并对其中存在的问题进行了分析和展望 。
1 棉花重要质量性状基因定位的研究
111 棉花胞质雄性不育育性恢复基因的分子定位 有重要利用价值的棉花雄性不育胞质有 CM S2
6
态性分析 ,结果得到了 3 个与表型性状基因连锁 的 SSR 标记 ,分别是红茎基因 ( R1 )与 J178 连锁 , 遗传距离为 2419cM; 簇生铃基因 ( cl1 ) 与 J236 连 锁 ,遗传距离为 4610cM;茸毛基因 ( T1 )与 J252 连 锁 ,遗传距离为 2815cM。红茎和植株茸毛是具有 抗虫性能的形态性状 ,用 SSR 技术标记这些性状 将有助于提高育种家的育种效率 。之后 ,他们又 将窄卷苞叶基因 ( fg ) 、花瓣红基点基因 ( R2 ) 和棕 色纤维基因 (L c1 ) 定位在棉花染色体上 [ 12 ] 。胡凤 萍等 [ 13 ]以 3 个陆地棉突变体材料 T582、T586、m l 分别与海 7124杂交获得的 F2 作为标记群体 ,将红 茎基 因 ( R1 ) 进 一 步 定 位 于 第 16 条 染 色 体 的 NAU751和 NAU450 标 记 之 间 , 遗 传 距 离 分 别 是 513 cM 和 113 cM;丛生铃基因 ( cl1 )与 BNL1694 a的 遗传距离 为 011 cM ,并 且 cl1 和 R1 的遗 传 距 离 为 4519cM。并把黄花粉基因 ( P1 )定位在第 5条染色 体的 NAU569c和 C IR253b之间 ,遗传距离分别是 512cM 和 515cM;芽黄基因 ( v1 )定位在第 20 条染 色体上 , 与 C IR094a 的 遗传 距离为 1013cM; 花 瓣 叶基因 (m l)定位在第 4条染色体上 ,与 NAU2623a 的距 离 为 016 cM。宋 振 云 等 [ 14 ] 以 亚 红 株 突 变 体 PD 217与 GK19配制的 BC1 群体为作图群体 ,选用 覆盖棉 花 所 有 已 鉴 定 染 色 体 及 大 多 数 连 锁 群 的 419对 SSR 引物 ,利用 B SA 法筛选获得了第 7 条 染色体上的 5个分子标记与亚红株突变基因 R s基 因连锁 ,其中距离基因两侧最近的标记 BNL2643 和 C IR393的遗传距离分别为 1013cM 和 2911cM。
作者简介 :董承光 ,助理研究员 ,从事棉花分子遗传育种方面的研 究 ,新疆农垦科学院棉花研究所 , 832000,新疆石河子
邓福军 ,陈红 ,李保成 (通讯作者 ) ,通讯地址同第 1 作者 王长彪 ,山西省农业科学院棉花研究所 3 基金项目 :“十一五 ”国家科技支撑计划项目 ( 2006BAD01A05 -
存在于棉花植株与种子部位的色素腺体是棉 属植物的重要性状 ,其腺体中所含棉酚对人类和 非反刍类动物有较高的毒性 ,因此导致棉籽中贮 藏的大量棉籽油和棉籽蛋白不能用于人畜食用而 白白流失 。因此 ,有关腺体和棉酚的研究一直是 科学家研究的热点 ,而通过分子技术定位和研究 控制该性状的基因是培育种子中不含棉酚的棉花 品种的重要途径 。 G l2 e 基因是控制棉花植株和种 子无腺体的 1个基因 ,是低酚棉育种中 1个重要的 基因资源 , Yu 等 [ 6 ]利用 TM 21 与 ESP为作图亲本 构建 F2 群体 ,采用混合分组分析法 (B SA ) 获得 1 个与 G l2 e 基 因 遗 传 距 离 为 119 cM 的 SSR 标 记 。 Dong等 [ 7 ]利用陆地棉遗传标准系 TM 21 和海岛棉 无腺体突变品系海 1 构建了 1 599 个 F2 单株 ,对 G l2 e 基因进 行了 精细 定位 , 利 用 SSR 标记 将其 定 位在 C IR362和 NAU2251b、NAU3860b、STV033 之 间 ,遗传距离分别为 9127 cM 和 0196cM ,为最终克 隆该基因打下良好的基础 。朱美霞等 [ 8 ]也利用有 腺体棉 冀 668 和无腺 体棉 ZYS25 杂 交配 制 的 F2 群体 ,应用 B SA 法获得了 1 个与控制棉酚腺体有 无性状连锁的 SSR 标 记 , 两者 相距 214cM。另 外 从棉酚的生物合成途径出发 ,研究人员已克隆和 定位了多个与棉酚生物合成相关的基因 [ 9, 10 ] 。以 上研究将对通过基因工程手段培育无 腺体棉 品 种 ,特别是植株有腺体 、种子无腺体的棉花品种奠 定了重要基础 。 113 红株 ( R1 ) 、花粉颜色 ( P1 ) 、簇生铃 ( cl1 ) 等性 状的分子定位
Academ ician Yuan Longp ing p roposed scientifically the imp lementation of the“Planting Three to Produce Four” H igh2yielding Project on Super Hybrid R ice1The paper analyzed systematically the theoretical and technical founda2 tions to realize the objectives of this p roject and put forward p ractices and m easures to be taken in imp lementation. Furthermore, a detailed analysis was conducted on the p roject conducted in Hunan Province in 2007, indicating that the imp lementation of the p roject is an effective app roach to cop ing w ith the p resent severe situations and ensuring food p roduction1 Key words Super hybrid rice; Planting Three to Produce Four; H igh2yielding p roject
2 棉花重要 Q TL s定位的研究
211 抗黄萎病基因的分子定位 棉花病害严重 ,尤其是黄萎病等土传真菌性
病害 ,根治较困难 ,是棉花生产的主要障碍 。开发 抗黄萎 病 基 因 的 分 子 标 记 进 行 辅 助 抗 病 选 择 育 种 ,可以加快育种进程 ,培育出优质抗病的棉花新 品种 。研究发现 ,海岛棉对黄萎病的抗性受单基 因或少数主效基因控制 [ 15 ] 。众多学者已采用不同 的作图群体 ,发现和定位了多个与黄萎病抗性相 关的基因及 Q TL s[ 16～19 ] 。甄瑞等 [ 17 ]以高抗黄萎病 的海岛棉品种 Pim a90 253 和高感黄萎病的陆地棉 品种中棉所 8 号的 182 个 F2 单株为标记群体 ,采 用混合分组分析法 (B SA )对 768 对 SSR 引物进行 筛选 ,发现 BNL3255 在抗 、感 DNA 池之间扩增出
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
作物杂志 C rop s
200813
一条大小为 208bp 的多态性片段 ,且与棉花黄萎 病抗性位点之间的遗传距 离为 1317 cM。王省 芬 等 [18 ]采用不同群体对该标记进一步验证发现 ,该 标记是一条长 211bp、含 10 次 TG重复的片段 ,为 辅助选育抗病品种奠定了基础 。王芙蓉等 [ 19 ]利用 综合性状优 良 、适应 性广 、抗黄 萎病 的鲁 棉研 22 号与渐渗了海岛棉优异纤维基因的鲁原 343 组配 杂交组合 ,对 F2∶3家系在不同发病时期进行黄萎病 鉴定 ,并以 SSR 标记对抗黄萎病性状进行定位分 析 。结果检测到 3个 QTL s位点与抗黄萎病有关 ,分 别解释表型变异的 10127%、1018%和 13178%。并 利用与它们连锁较紧密的 SSR 标记对杂交后代辅 助鉴定 ,发现其中两个标记的抗性基因型均能显 著提高后代的黄萎病抗性 ,并且将两个标记的抗 性基因型聚合后 ,后代抗性水平提高极显著 。这 些研究结果为分子标记辅助抗病选择育种的应用 提供重要依据 。 212 纤维品质性状的 Q TL s定位研究
作物杂志 C rop s
200813
棉花重要性状基因定位研究进展 3
董承光 邓福军 陈 红 王长彪 李保成
摘 要 随着棉花基因组学研究的不断深入 和遗传图谱的不断饱和 ,为一些控制棉花重要性 状基因的定位提供了便利 。将各类分子标记定位 于相应的遗传连锁图或染色体上 ,为研究棉花诸 多性状基因的图位克隆 、抗性机制的遗传揭示 、分 子标记辅助选择 、有利基因的定向转移及基因聚 合育种等奠定了坚实的基础 。综述了近年来棉花 重要质量性状基因和数量性状基因 (Q TL s)定位研 究的最新进展 ,并对研究中存在的主要问题进行 分析和展望 。