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杜雄明/宋憲亮團(tuán)隊(duì)合作解析棉花外源片段引起的偏分離現(xiàn)象
近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所杜雄明團(tuán)隊(duì)和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)宋憲亮團(tuán)隊(duì)合作在Industrial Crops & Products在線發(fā)表題為Alien genomic introgressions enhanced fiber strength in upland cotton (Gossypium hirsutum L.)的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)超級(jí)優(yōu)質(zhì)纖維種質(zhì)J02-508的D08染色體上一個(gè)大片段區(qū)間（7.073-60.027 Mb）來(lái)自二倍體野生棉瑟伯氏棉（D1），該區(qū)間引起嚴(yán)重的偏分離現(xiàn)象，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在該區(qū)間有一個(gè)與纖維強(qiáng)度顯著相關(guān)的穩(wěn)定QTL。該研究為解析標(biāo)記偏分離、外源片段導(dǎo)入及關(guān)鍵農(nóng)業(yè)性狀之間的相互關(guān)系提供了分子生物學(xué)證據(jù)。
偏分離是生物界普遍存在的現(xiàn)象，在許多動(dòng)植物物種中普遍存在。在種間群體中，偏分離通常被認(rèn)為是阻止物種間基因流動(dòng)的生殖障礙，偏分離程度與物種分化程度之間存在正相關(guān)關(guān)系。在植物育種過(guò)程中，偏分離的分析有助于理解種內(nèi)或種間雜交產(chǎn)生雜zhong致死和基因非正常分離等特殊現(xiàn)象，也可以分析定位重要的農(nóng)藝性狀相關(guān)基因，特別是涉及從相關(guān)野生種向栽培種導(dǎo)入的情況。偏分離的標(biāo)記不符合遺傳作圖分析中假設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)分離比，會(huì)影響遺傳作圖及QTL定位的準(zhǔn)確性，但是直接去掉偏分離標(biāo)記可能會(huì)錯(cuò)失與生物關(guān)鍵遺傳特性有關(guān)的含偏分離標(biāo)記的染色體區(qū)域。
該研究以纖維強(qiáng)度較高（>38 cN/tex）的導(dǎo)入系J02-508與纖維品質(zhì)差的陸地棉系ZRI015雜交，建立分離群體，通過(guò)簡(jiǎn)化基因組（GBS）測(cè)序技術(shù)進(jìn)行纖維品質(zhì)QTL定位。研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，J02-508與ZRI015組配的F5群體存在顯著的標(biāo)記偏分離現(xiàn)象，26條染色體上偏分離標(biāo)記所占的比例平均達(dá)到83.13%。其中D08染色體上分布的標(biāo)記總數(shù)多，偏分離標(biāo)記所占的比例也gao達(dá)99.39%。通過(guò)綜合Binmap圖譜關(guān)聯(lián)分析和DistortedMap軟件校正圖譜與QTL定位兩種方法對(duì)D08染色體上所有標(biāo)記再次分析，在D08染色體上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與纖維強(qiáng)度顯著相關(guān)的穩(wěn)定QTL（qFS_D08，LOD = 11.49），該QTL在D08染色體上物理間隔約53 Mb
研究進(jìn)一步利用3,227份棉花材料的重測(cè)序數(shù)據(jù)，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(guò)序列分析、PCR驗(yàn)證等多種方法確定J02-508材料中外源片段區(qū)間為7.073-60.027 Mb，來(lái)自于瑟伯氏棉的CM013381.1染色體。該外源片段區(qū)間與qFS_D08的染色體區(qū)間重合，與群體中標(biāo)記偏分離現(xiàn)象和纖維強(qiáng)度性狀相關(guān)
標(biāo)記偏分離現(xiàn)象和外源片段導(dǎo)入是遺傳研究中常見(jiàn)的現(xiàn)象，在其它物種中也有單獨(dú)報(bào)道。該研究結(jié)果表明，以前被淘汰的偏分離標(biāo)記可能與有價(jià)值的性狀有關(guān)，尤其是在分析可能攜帶大量外源染色體片段的導(dǎo)入系時(shí)，應(yīng)改進(jìn)傳統(tǒng)的QTL定位策略。該研究不僅有助于了解棉花種間雜交在育種中的重要性，而且為利用Illumina重測(cè)序數(shù)據(jù)分析大尺寸外源基因組片段提供了新思路。
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和中棉所已畢業(yè)博士生王麗媛和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所何守樸副研究員為論文的共同第yi作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所杜雄明研究員和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)宋憲亮教授為論文共同通訊作者。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、山東省自然科學(xué)基金和轉(zhuǎn)基因育種重點(diǎn)項(xiàng)目等的資助。