中棉所和山東農大科研團隊合作解析棉花外源片段引起的偏分離現象

杜雄明/宋憲亮團隊合作解析棉花外源片段引起的偏分離現象

責編 | 逸雲

近日，中國農業科學院棉花研究所杜雄明團隊和山東農業大學宋憲亮團隊合作在Industrial Crops & Products在線發表題為Alien genomic introgressions enhanced fiber strength in upland cotton (Gossypium hirsutum L.)的研究論文。該研究發現超級優質纖維種質J02-508的D08染色體上一個大片段區間（7.073-60.027 Mb）來自二倍體野生棉瑟伯氏棉（D1），該區間引起嚴重的偏分離現象，進一步發現在該區間有一個與纖維強度顯著相關的穩定QTL。該研究為解析標記偏分離、外源片段導入及關鍵農業性狀之間的相互關係提供了分子生物學證據。

偏分離是生物界普遍存在的現象，在許多動植物物種中普遍存在。在種間群體中，偏分離通常被認為是阻止物種間基因流動的生殖障礙，偏分離程度與物種分化程度之間存在正相關關係。在植物育種過程中，偏分離的分析有助於理解種內或種間雜交產生雜種致死和基因非正常分離等特殊現象，也可以分析定位重要的農藝性狀相關基因，特別是涉及從相關野生種向栽培種導入的情況。偏分離的標記不符合遺傳作圖分析中假設的標準分離比，會影響遺傳作圖及QTL定位的準確性，但是直接去掉偏分離標記可能會錯失與生物關鍵遺傳特性有關的含偏分離標記的染色體區域。

該研究以纖維強度較高（>38 cN/tex）的導入系J02-508與纖維品質差的陸地棉系ZRI015雜交，建立分離群體，通過簡化基因組（GBS）測序技術進行纖維品質QTL定位。研究過程中發現，J02-508與ZRI015組配的F5群體存在顯著的標記偏分離現象，26條染色體上偏分離標記所佔的比例平均達到83.13%。其中D08染色體上分布的標記總數最多，偏分離標記所佔的比例也最高達99.39%。通過綜合Binmap圖譜關聯分析和DistortedMap軟體校正圖譜與QTL定位兩種方法對D08染色體上所有標記再次分析，在D08染色體上發現了一個與纖維強度顯著相關的穩定QTL（qFS_D08，LOD = 11.49），該QTL在D08染色體上物理間隔約53 Mb（圖1）。

圖1. 偏分離標記和重組斷點的確定

研究進一步利用3,227份棉花材料的重測序數據，確定了J02-508材料中外源片段的供體是二倍體野生棉瑟伯氏棉（D1），通過序列分析、PCR驗證等多種方法確定J02-508材料中外源片段區間為7.073-60.027 Mb，來自於瑟伯氏棉的CM013381.1染色體。該外源片段區間與qFS_D08的染色體區間重合，與群體中標記偏分離現象和纖維強度性狀相關（圖2）。

圖2. J02-508的D08染色體上漸滲片段

標記偏分離現象和外源片段導入是遺傳研究中常見的現象，在其它物種中也有單獨報導。該研究結果表明，以前被淘汰的偏分離標記可能與有價值的性狀有關，尤其是在分析可能攜帶大量外源染色體片段的導入系時，應改進傳統的QTL定位策略。該研究不僅有助於了解棉花種間雜交在育種中的重要性，而且為利用Illumina重測序數據分析大尺寸外源基因組片段提供了新思路。

山東農業大學和中棉所已畢業博士生王麗媛和中國農業科學院棉花研究所何守樸副研究員為論文的共同第一作者，中國農業科學院棉花研究所杜雄明研究員和山東農業大學宋憲亮教授為論文共同通訊作者。該工作得到國家重點研發計劃、山東省現代農業產業技術體系、山東省自然科學基金和轉基因育種重點項目等的資助。

原文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669020309456