bc1f2遗传连锁图谱和纤维品质性状qtl定位本科.doc

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(Gosspium hirsutum L.)和海岛棉(Gossypium barbadense L.)，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4675 cM，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700.7 cM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1502.6 cM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:>Rl>BC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，也不必严格按以上顺序进行。
2.比较基因组作图研究
比较作图就是利用共同的遗传标记(主要是分子标基因的cDNA克隆以及基因组克隆)对相关物种进行物理或遗传作图，比较这些标在不同物种基因组中的分布情况，揭示染色体或染色体片段上的同线性、共线性，从而对不同物种的基因组结构及基因组进化历程进行精确析。基因组比较作图的研究，使得不同领域的研究工作得以有机地互相补充，建立跨越物种的大遗系统。

3.棉花分子遗传连锁图谱构建
利用分子标记技术进行目标性状基因/ QTL定位,最基础的工作就是构建比较饱和的分子遗传图谱。棉花是基因组研究相对滞后的物种之一, 近年来,随着分子标记技术的迅速发展和棉花 DNA 提取方法的不断改进, 国内外许多实验室关于棉花分子遗传图谱构建工作已获得重大进展。
3.1棉花种间分子遗传图谱构建
Reinisch 等利用陆地棉野生种系Palmeri和海岛棉野生种系K101杂交的含57个单株的F2群体,首次构建了一个较为完整的棉花海陆种间RFLP遗传框架图谱,该图谱包括750个位点,分布在41个连锁群上, 覆盖基因组4675cM[ 11]。随后,Rong等用2007个STS 探针对此图谱进行加密,构建了一个含2584个位点,全长4447.9cM,平均距离为1.72 cM 的遗传图谱[12]。Yu 等用海陆杂交的F2群体,构建了一个含141个RAPD标记和62个RFLP 标记的遗传图谱[13]。Jiang 等利用海陆杂交的F2群体,构建了一张含261个RFLP标记,全长3 767 cM 的遗传图谱[14]。Chee 等以基于已知功能基因或EST 开发的SSR 标记初步用于棉花遗传图谱构建,为以后的图谱利用奠定了基础[15]。Nguyen等发表了一张包含RFLP,SSR,AFLP 3种类型标记的种间棉花遗传图谱,该图谱包含1160个位点,图谱距离总计5 519cM,标记间平均距离为4.8cM[16]。随后,Song等利用相同的亲本构建了一个回交群体, 774 个多态性标记位点中将694个SSR标记和SRAP标记构建到37个连锁群上。图谱总长6032.3cM,标记间平均距离为8.7cM[17]。Han等在该工作基础上加进364个EST-SSR标记位点,将此图谱发展为30个连锁群,包含1052个位点,图距总长6321cM,标记间平均距离为6.0cM[18]。Guo等利用EST-SSR标记将此图谱进一步加密,构建了一个富含基因信息的新图谱[19]。新图谱由26个染色体组成,总共包含1790个位点,EST -SSR标记1122个、 SSR标记495个、SRAP 标记121个、基因标记45个BAC末端序列标记7个,标记间的平均距离达到1.91cM,这是迄今为止国际上最饱和的棉花四倍体分子遗传图谱。
3.2陆地棉种分子遗传图谱构建
相对于棉花种间分子遗传图谱,陆地棉种内分子遗传图谱发展较为缓慢。Sharppley 等利用陆地棉HS46×MAR的F2 B 3群体,构建了一张含120个RFLP标记位点、总图距为865cM 的遗传图谱[20]。Ulloa等采用Joinmap 软件将4张陆地棉RFLP连锁图谱整合为一张遗传图, 整合后的图谱包含284个位点,47个连锁群、总图距为1502.6cM,大约覆盖棉花基因组的31%[21]。Zhang等利用陆地棉Yumian1×T586的F2群体构建了以AFLP和SSR为主体、 包含20个连锁群、总图距为525cM的遗传图谱[22]。Shen 等用3个陆地棉高强纤维种质系与陆地棉遗传标准系的F2群体和一个重组自交系群体构建了4个SSR标记连锁图,总图距分别为 666.7cM,557.8cM,588cM和1024.4cM,棉花比重 14.82%,12.4%,13.07%和22.77%[23，24]。Wang等利用XZM2×8891的重组自交系群体和SSR为主体的标记资料构建遗传图谱,132个位点分布于26个染色体,覆盖865.20cM,标记间平均距离为6.55cM[25]。王娟等利用TM-1×Yumian1的F2群体构建了包含138个标记位点32个连锁群、标记间平均距离为6.9cM的遗传图谱[26]。秦鸿德等利用陆地棉品种间四交群体泗棉3号/苏棉12M中4133/8891,构建了包含286个SSR标记位点、51个连锁群、标记间平均距离为7.4cM的遗传图谱,总长2113.3cM,覆盖率达42.3%[27]。
4 研究中存在的问题与展望
近十多年来,分子标记的研究已经得到很大的发展,对棉花遗传图谱的研究工作已经深入展开,但棉花遗传连锁图还存在以下问题: 一是缺乏饱和的有代表性的栽培棉种的分子标记物种图谱。Rong等构建的海陆杂种图谱,全图标记大多为RFLP;Guo等构建海陆杂种间图谱没有覆盖四倍体棉种的全基因组。二是构建的陆地棉种内图谱所用的标记数较少,基因组覆盖率不高,且分布不均匀,存在标记间距离过大或有些染色体上没有标记的现象。
针对上述现象,棉花基因组研究的任务:一方面是开发新型标记,尽可能筛选足够数量的分子标记多态性位点,增加现有海陆种间图谱的标记密度,覆盖异源四倍体棉种的整个基因组；二是利用DNA 多态性较丰富的陆地棉品种,建立永久性作图群体,并构建覆盖全基因组的陆地棉遗传图谱；三是将常规选择与标记辅助选择相结合,针对不同性状的特点,研究高效的选择方法；最后,还要加强各机构之间的协作。
总之,遗传连锁图谱是棉花遗传改良的重要工具,利用标记辅助育种与其它技术的结合,可以有效、显著地提高棉花的产量、抗虫性、抗病性。分子生物学的发展，与PCR分子标记技术的完善,以及高密度、饱和的异源四倍体栽培棉种分子连锁图谱的构建,使对棉花基因组进行深入研究即将成为现实。

参考文献
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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。

指导教师意见：

论文选题针对性强，试验材料有代表性，试验方案可行，预期结果明确，同意开题。

指导教师：
2012年6月 5日
审 核 小 组 成 员
姓 名
职 称
备 注
姓 名
职 称
备 注

开题报告记录：
为何选择BC1F2群体进行遗传连锁图谱而不选择F2群体？
将棉花分子遗传连锁图谱与纤维品质性状QTL定位联系起来的依据是什么？
构建棉花分子遗传连锁图谱的意义何在？

审核小组评语：
论文选题依据比较充分，试验设计比较合理，研究方法可行，工作量较大，研究结果为构建BC1F2遗传连锁图谱和纤维品质性状QTL定位提供了重要的理论基础。同意进入下一阶段的试验。

审核小组组长：（签字）
2012年6 月 5日
学院意见：

院长：
年 月 日

河北农业大学本科毕业论文指导教师评阅书
学生姓名：唐冰川　　　　　　　 　　　　　学号：2009014010213
专业班级：农学0902　　　　　　　　　　　 所在学院：农学院
论文题目：BC1F2遗传连锁图谱构建和纤维品质性状QTL定位
指导教师评语：
该同学遵守学校的各项规章制度，对工作认真负责，能够较好的完成各项实习任务。学习态度端正，具有较为扎实的生物科学基础理论和专业知识。论文对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， 本次实验结果表明：(1)该研究构建了含有208个位点的遗传连锁图谱。该图谱共包含30个连锁群，全长1357.82cM，约覆盖棉花基因组的27.16%，标记间平均距离为6.53cM。 (2) 遗传连锁图谱A亚组标记数多于D亚组。在A亚组9条染色体上分布110个标记位点。D亚组7条染色体上分布86个标记位点。 (3) 对BC1F2代分析得到了13个QTL位点。分别位于Chr.01、Chr.07、Chr.11、Chr.14、Chr.22、Chr.24。其中纤维长度相关QTL 1个，解释表型变异率11.76%；整齐度相关QTL 2个，分别解释表型变异率15.28%和8.63%；马克隆值相关QTL 6个，可解释表型变异率为7.53%~22.56%；比强度相关QTL 3个，解释表型变异的10.43%~16.27%；伸长率相关QTL 1个，可解释表型变异率8.06%。试验设计科学合理，研究方法可行，工作量较大，符合本科论文要求。论文写作格式规范，条理清楚，符合一般科技论文写作要求。该生阅读文献资料较多，基本掌握了本学科领域的基础理论和专业知识。
论文不足之处：
（1） 文章参考文献尚需进一步完善
（2） 注意文中个别专业词

成 绩 评 定：

是否同意答辩：

指导教师（签名）：
年 月 日

河北农业大学
本科毕业论文答辩评分表
评分指标
分 值
评 价 内 容
得 分
论文选题
10
选题有重要理论意义或实用价值。立题依据充分。

文献引用
12
阅读、引用文献资料较广泛，较全面了解本领域学术动态，综合分析能力较强。

论文难度
及工作量
14
难度较大，工作量大。

论文成果
的创新性
12
有独到见解，有较大的创新性成果。

理论基础与科研能力
16
具有坚实的基础理论和系统的专门知识，具有较强的独立从事科研工作的能力，研究方法和技术体系得当。

写作能力
16
条理清楚，层次分明，说理透彻，文笔流畅，表格、绘图准确规范，中外文摘要简明扼要，语句通顺，语法正确，符合科技写作规范。

答辩报告
10
能简明扼要、重点突出地阐述论文或设计的主要内容，有新见解，结论明确；时间掌握恰当。

回答问题
10
思维敏捷，逻辑性强，准确流利地回答各种问题。

总 分
100

河北农业大学
2013届本科毕业论文答辩记录表
所在学院：农学院 专业班级：农学0902班 时 2013年6月6日
学 生 姓 名
唐冰川
学 号
2009014010213
指导教师姓名
张艳
职 称
讲师
毕业论文题目：BC1F2遗传连锁图谱构建和纤维品质性状QTL定位
答 辩 小 组 成 员
姓 名
职 称
成 绩
姓 名
职 称
成 绩

答辩小组评语：

答辩小组组长：（签字）
年 月