BC1F2遗传连锁图谱和纤维品质性状QTL定位

编号NO：河北农业大学本科毕业论文论文题目BC1F2遗传连锁图谱和纤维品质性状QTL定位学生姓名唐冰川学号2009014010213成绩学院农学院专业班级农学0902指导教师姓名张艳指导教师职称讲师材料目录：1、任务书（1）份2、开题报告（含文献综述）（1）份3、指导教师评阅书（1）份4、答辩记录表（1）份5、论文正文（1）份6、其它材料河北农业大学本科毕业论文任务书学院：农学院教师姓名：张艳职称：讲师2012年5月4日专业名称农学论文题目BC1F2遗传连锁图谱构建和纤维品质性状QTL定位题目来源科研课题项目目的意义：提高棉花纤维品质是棉花育种工作者集中关注的问题。海岛棉在纤维强度、长度和细度等品质性状上均优于陆地棉，因此利用海岛棉的优质基因改良陆地棉纤维品质具有重要的理论和应用价值。棉花纤维品质性状大多属于数量性状，受多基因控制，最终的表现型是基因型和环境共同作用的结果，受环境条件影响很大。应用现代育种技术将海岛棉控制优良性状的基因或片段向陆地棉转移，被视为快速改良陆地棉纤维品质的方法之一。随着分子生物学的快速发展，利用高密度分子遗传连锁图谱，寻找与数量性状基因座（QTL）紧密连锁的分子标记，进行基因聚合育种，已经成为分子标记辅助育种的主要途径。本研究构建了棉花SSR标记传连锁图谱，并对BC1F2群体进行纤维品质相关QTL定位，为棉纤维品质分子标记辅助育种提供理论依据。可行性分析：课题组拥有已构建好的作图群体，供本实验顺利进行的SSR引物。实验室成员在连锁图谱构建、QTL分析方面具有丰富的经验。所在作物遗传育种实验室具备良好的实验室条件和试验所需的仪器设备条件：如高速冷冻离心机，PCR仪，电泳仪等能确保本试验有序进行。预期的结果：构建BC1F2群体遗传连锁图谱，获得多个与纤维品质性状相关的QTL。可能存在的问题：BC1F2群体在分析时，分子标记位点可能出现偏分离。进度安排：2012年5月-6月：选题，查阅文献资料;6月-7月：确定方案;2012年7月-2013年1月：收集实验资料，进行试验研究；4月-5月：结果的处理与分析；5月-6月：撰写论文，准备答辩。专家意见：该实验对BC1F2遗传连锁图谱构建和纤维品质性状QTL定位进行初步研究，实验设计合理，技术路线可行，预期结果明确，进度安排合理，同意按计划执行。实验设计合理、方案可行、QTL的定位结果对后期进行分子标记辅助选择有重要意义。专家签字：年月日学院意见:院长：年月日农学院农学专业唐冰川学生：现把2012-2013学年，第二学期的毕业论文安排下达给你，你本学期承担的毕业论文任务如下：1、依据本任务书中论文题目、目的意义、可行性分析的内容完成开题报告。2、按照开题报告的要求按期完成毕业论文各项工作的实施。3、完成毕业论文的撰写。4、完成毕业论文的答辩。请按相关要求完成毕业论文任务。教师签字：2012年5月3日河北农业大学本科毕业论文开题报告题目：BC1F2遗传连锁图谱和纤维品质性状QTL定位学院：农学院学生姓名：唐冰川专业：农学班级学号：2009014010213指导教师姓名：张艳指导教师职称：讲师2012年6月5日学生姓名唐冰川专业班级农学0902班学号2009014010213指导教师张艳职称讲师所在学院农学院论文名称BC1F2遗传连锁图谱构建和纤维品质性状QTL定位选题依据：提高棉花纤维品质是棉花育种工作者集中关注的问题。海岛棉在纤维强度、长度和细度等品质性状上均优于陆地棉，因此利用海岛棉的优质基因改良陆地棉纤维品质具有重要的理论和应用价值。棉花纤维品质性状大多属于数量性状，受多基因控制，最终的表现型是基因型和环境共同作用的结果，受环境条件影响很大。应用现代育种技术将海岛棉控制优良性状的基因或片段向陆地棉转移，被视为快速改良陆地棉纤维品质的方法之一。随着分子生物学的快速发展，利用高密度分子遗传连锁图谱，寻找与数量性状基因座（QTL）紧密连锁的分子标记，进行基因聚合育种，已经成为分子标记辅助育种的主要途径。本研究构建了棉花SSR标记传连锁图谱，并对BC1F2群体进行纤维品质相关QTL定位，为棉纤维品质分子标记辅助育种提供理论依据。文献综述：棉花是世界性的重要经济作物，也是仅次于粮食的第二大农作物。棉花生产涉及农业和纺织工业，其中棉花纤维是纺织工业的主要原料，也是广大人民的生活必须品。随着纺纱工业的迅速发展，同时消费者对衣着布料的要求也普遍提高，这对我国棉花品种的总体纤维品质尤其是纤维强度提出了更高的要求[1-2]。因此提高棉花纤维品质成为了棉花育种工作者集中关注的问题。棉花隶属于被子植物中的锦葵目（Malvales）、锦葵科(Malvaceac)、棉属(Gossypium)。生产上种植的主要为四倍体的陆地棉(GosspiumhirsutumL.)和海岛棉(GossypiumbarbadenseL.)，二者分别占世界棉花总产量的90%和8%[3-4]。遗传连锁图谱构建是遗传学研究的一个重要领域，为人们进一步认识基因组组成、重要经济性状基因定位和克隆奠定基础。1913年Sturtevant构建了第一张遗传连锁图谱。[5]由于这些标记的数量有限，所以构建的图谱分辨率低、饱和度不高，应用有限。20世纪80年代以后，DNA分子标记技术的快速发展，大大加速了连锁图谱的构建工作，使得构建密度高、覆盖面广的连锁图谱成为可。迄今为止主要作物如玉米、水稻、番茄等都以构建了比较完善的遗传连锁图谱。与他们相比，棉花的遗传连锁图谱相对落后。其原因主要有两方面：一是棉花的DNA标记的多态性低；二是早期棉花分子生物学研究中存在一系列的技术难关，尤其是棉花高质DNA的快速提取。[6]Reinisch等[7]1994年首次对四倍体栽培棉种的RFLP图谱进行了报道，该图谱总长为4675cM，包含705个标记位点，共定位在41个连锁群上。在此基础上，Shappley等[8]HS46×MAR、HS46×PD5363的F2群体进行了RFLP分析，用不同的探针/酶组合建立了具有10个多态位点的4个连锁群和32个多态位点的5个连锁群。Ulloa等[9-10]陆地棉品种，进行品种间杂交所创制的F2群体，应用RFLP技术构建了包含81个RFLP标记，17个连锁群，覆盖棉花基因组700.7cM的遗传连锁图谱。同时他们还利用四种陆地棉品种间杂交群体构建了包含284个RFLP标记，47个连锁群，覆盖棉花基因组1502.6cM的分子遗传连锁整合图谱。近期棉花遗传图谱研究进展尤为迅速，但仍存在很多问题。1.遗传连锁图谱构建遗传连锁图谱是在某物种染色体上的已知遗传标记、基因的排列顺序或相对位置，交换与重组的染色体位点是其理论基础。如果同一条染色体上的两个基因相对距离越长，那么他们减数分裂发生重组的概率将越大，共同遗传的概率也就越小。因此可以根据他们后代性状的分离可以判断他们的交换率，也就可以判断他们在遗传图谱上的相对距离。标记位点之间的重组交换率是标记间的遗传距离的依据。在19世纪后半叶，孟德尔(G.J.Mendel)以豌豆为材料，利用七对差异明显、易于识别的外部形态特征相对性状，对杂种后代的不同个体依性状表现进行归类分析，提出了“遗传因子”假说，并发现了生物遗传的分离规律和独立分配规律，即著名的孟德尔定律。这是作为遗传图谱主体的遗传标记概念的首次确立和应用。1910年，摩尔根(T.H.Morgan)通过查看果蝇的眼色发现决定眼色的基因与决定性别的基因是连锁遗传的，从而建立了著名的摩尔根遗传学说，为基因连锁图的构建提供了理论基础。1913年，A.H.Strurtevant根据连锁交换规律和遗传交换学说，构建了第一张果蝇X染色体五个位点的连锁图，确定了遗传学的染色体理论和系统的遗传作图原理，遗传图谱构建的序幕从此拉开。到1925年，Morgan发表了第一张比较系统的果蝇染色体遗传图谱，开创了利用己知染色体相对位置的标记基因定位未知基因的先例。1980年，人类遗传学家J.G.K.Botstein等首次提出利用DNA限制性片段长度多态性作为遗传标记的思想，开创了人类利用DNA分子标记进行遗传分析及制作图谱的先河。1987年，Donis-Kener等发表了第一张人类的RFLPs连锁图，其饱和度远远超过了经典的图谱。植物可方便地建立和维持较大的分离群体，分子连锁图构建工作的发展速度超过了动物的同类研究，业已建图的植物已博上学位论文异源四倍体棉花遗传图谱的构建与分子细胞遗传学研究多达几十种，其中包括了所有重要的农作物。1.1遗传作图的依据遗传图谱构建的依据是染色体的交换与重组。十九世纪中叶，Mendel首先把形态性状作为遗传标记引入遗传学实验，推导出遗传学的基本规律一一分离规律和自由组合规律。1910年，Morgan依据大量果蝇突变性状的遗传研究结果，提出了连锁交换规律和基因学说，为遗传作图提供了理论基础。实质上，无论何种生物的遗传作图，都是依据同源染色体在减数分裂时染色体片段(基因)的交换与重组进行的。在理论上，交换的频率随基因间的距离的增加而增大，交换值(重组率)即揭示基因间的遗传距离，遗传距离通常由基因或DNA片段在染色体交换过程中分离的频率厘摩(cM)来表示。厘摩值越高表明两点之间距离越远，厘摩值越低表示两点间距离越近。1.2遗传图谱构建遗传图谱是利用各种标记构建的标记连锁图。图谱构建包括以下几个基本步骤:根据遗传材料之间的DNA多态性，选择用于建立作图群体的亲本组合;建立具有大量DNA标记处于分离状态的分离群体或衍生系;选择适合作图的DNA标记;测定作图群体中不同个体或株系的标记基因型;对标记基因型数据进行连锁分析，构建标记连锁图。1.2.1作图群体的选择亲本的选择直接影响到构建连锁图谱的难易程度及所建图谱的适用范围。①亲本的差异性亲本的差异性是选择亲本最基本的原则，因为只有亲本之间具有相当程度的差异，才能检测到遗传标记的多态，也才能在作图的分离群体中观测并统计标记位点的分离。②尽量选用纯度高的材料作为亲本理论上，用于遗传作图的亲本应当是高度纯合的，并在配置杂交之前进一步通过自交选择以保证亲本的纯度，以保证在任何一个基因座位都不是杂合的。③杂交后代的可育性如果杂交后代不育，造成严重的偏分离现象，从而影响分离群体的构建，降低所建图谱的可信度。④杂交后代基因组的应具有其完整性与代表性。对亲本及其F进行细胞学鉴定，发现有易位或某些多倍体植物材料出现了单体或染色体的缺失，那么这种材料就不宜做作图亲本。1.2.2作图群体的类型作图群体按其遗传稳定性可分为两大类:一是非固定性分离群体或暂时性群体，其最主要的特点是易于在短期内构建具充足大小的作图群体。二是永久性或固定性的作图群体。其中DH和RIL为永久性的作图群体，它们克服了暂时性群体的不足之处，但构建这样的群体耗时长。目前，常用的作图群体主要有两个亲本单交产生的F2群体、回交群体、重组自交系群体、加倍单倍体群体，这些群体在遗传连锁图构建过程中各有其优缺点。1.2.3作图群体的大小作图群体的大小很大程度上决定了遗传图谱的分辩率和精度。作图群体大小还取决于所用群体的类型。总的说来，在分子标记连锁图的构建方面，为了达到彼此相当的作图精度，所需的群体大小的顺序为F:RlBC和DH。1.2.4遗传图谱中的分子标记遗传标记是指可以明确反映遗传多态性的生物特征，亦即等位基因的变异或基因组中任何座位上相对差异的DNA片断。目前分子标记技术己广泛用于植物遗传图谱构建、系统发育关系分析、种质资源分类鉴定及分子标记辅助育种选择等诸多方面。不同的DNA分子标一记技术具有各自的优缺点和适用性，构图谱时需要研究者结合实际加以选择。1.3遗传连锁群的构建有了合适的作图群体和适宜的分子标记，即可以构建植物的分子标记连锁图谱。构建连锁图谱主要分六个步骤:(l)分子标记多态性位点的筛选、确定;(2)分子标记分离数据的收集与处理(3)标记位点的连锁测验;(4)估算位点间的重组频率和图距(5)多点分析与基因的直线排序;(6)分子标记连锁群的染色体定位。在实际操作中，这六个步骤并不一定要每步都截然分开，也不必严格