轉(zhuǎn)基因抗蟲棉纖維品質(zhì)性狀的遺傳分析

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉纖維品質(zhì)性狀的遺傳分析

有許多關(guān)于棉花纖維質(zhì)量的遺傳分析的報(bào)告。然而，關(guān)于旋轉(zhuǎn)抗蟲棉纖維品質(zhì)特征的遺傳特征和纖維質(zhì)量特征之間的遺傳關(guān)系的報(bào)道很少。本研究將利用ADAA模型,以7個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉和2個(gè)非抗蟲棉配制的半雙列雜交的36個(gè)F1為材料,利用兩年的數(shù)據(jù)資料,估計(jì)纖維品質(zhì)性狀的遺傳方差分量和性狀之間的遺傳相關(guān)性,并利用親本和F1的資料預(yù)測(cè)F2的基因型值、平均優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì),分析其雜種優(yōu)勢(shì),為抗蟲棉新品種的選育和抗蟲棉高優(yōu)勢(shì)組合的選配提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1抗蟲棉對(duì)水稻品種的選擇選用9個(gè)陸地棉品種。其中,抗蟲春矮早、33B、32B、GK321、GK22、邯109和浙905等7個(gè)為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種,春矮早和TM-1分別為非轉(zhuǎn)基因常規(guī)棉推廣品種和陸地棉標(biāo)準(zhǔn)系作對(duì)照(表1)。1.2種植種植棉花采用半雙列雜交試驗(yàn)設(shè)計(jì),共36個(gè)組合和9個(gè)親本,田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。2003年和2004年分別在蕭山棉花繁育基地進(jìn)行種植。小區(qū)面積20m2,2次重復(fù)。田間管理按照當(dāng)?shù)孛藁ü芾泶胧┻M(jìn)行。收花測(cè)產(chǎn)前,每小區(qū)隨機(jī)收取50個(gè)正常吐絮的棉鈴,進(jìn)行室內(nèi)考種后,纖維送農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)檢測(cè)中心進(jìn)行纖維品質(zhì)分析。1.3遺傳效應(yīng)值的估計(jì)應(yīng)用ADAA的遺傳模型,采用MINQUE法,分析5個(gè)纖維性狀,估計(jì)各項(xiàng)方差分量占表現(xiàn)型方差的比率,估計(jì)成對(duì)性狀間的基因型相關(guān)系數(shù)(rG)和表現(xiàn)型相關(guān)系數(shù)(rP)。各估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤用Jackknife的方法對(duì)年份試驗(yàn)區(qū)組抽樣而估算,然后采用t測(cè)驗(yàn)對(duì)遺傳參數(shù)做統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。用調(diào)整無偏預(yù)測(cè)法(AUP)預(yù)測(cè)遺傳效應(yīng)值。數(shù)據(jù)均采用朱軍的《雙列雜交和雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳分析》軟件進(jìn)行分析。2結(jié)果與分析2.1抗蟲棉的外源基因?qū)虮磉_(dá)的影響轉(zhuǎn)基因抗蟲棉材料間纖維品質(zhì)性狀差異較大。除32B外,其它轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的纖維比強(qiáng)度均低于陸地棉標(biāo)準(zhǔn)系TM-1,其中33B、GK321和GK22與標(biāo)準(zhǔn)系的差異達(dá)到顯著水平。所有參試材料的麥克隆值偏大,其中GK321和邯109顯著差于對(duì)照,而GK22卻顯著優(yōu)于對(duì)照。除32B外,參試抗蟲棉親本的2.5%纖維跨距長度與對(duì)照差異未達(dá)顯著水平。可見,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的纖維品質(zhì)性狀表現(xiàn)相對(duì)較差,參試的大多數(shù)材料的纖維品質(zhì)指標(biāo)低于其標(biāo)準(zhǔn)水平。通過雜交和回交育成的抗蟲春矮早和春矮早是一對(duì)近等基因系,除抗蟲基因外,其余基因基本相同。纖維品質(zhì)分析結(jié)果表明,抗蟲春短早的纖維比強(qiáng)度和麥克隆值優(yōu)于輪回親本(春矮早),而纖維長度、伸長率和纖維整齊度卻差于春矮早,這是否說明抗蟲棉的外源基因與轉(zhuǎn)基因棉的纖維品質(zhì)性狀有一定的關(guān)聯(lián),且其影響機(jī)制如何還有待于進(jìn)一步研究。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉親本和F1纖維品質(zhì)性狀在兩年中的平均結(jié)果(表2)表明,麥克隆值、伸長率、纖維長度和纖維強(qiáng)度這4個(gè)性狀2003年的表現(xiàn)型均值比2004年略高,可能是由于2004年夏末多雨的天氣引起的。但是纖維整齊度的表現(xiàn)型值卻相反。2003年,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉親本的麥克隆值、伸長率、纖維長度和纖維強(qiáng)度比F1要高,而纖維整齊度則相反。2004年各纖維品質(zhì)的表現(xiàn)與2003年相同?？梢?麥克隆值、伸長率、纖維長度和纖維強(qiáng)度這4個(gè)性狀表現(xiàn)出一定的負(fù)向雜種優(yōu)勢(shì)。因此,將有必要用ADAA模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。2.2抗蟲棉纖維生長和環(huán)境互作效應(yīng)從供試材料纖維品質(zhì)性狀的各項(xiàng)遺傳方差分量和機(jī)誤方差分量占表型方差比值結(jié)果(表3)可以看出,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉棉花纖維品質(zhì)的5個(gè)性狀中,麥克隆值的加性和顯性效應(yīng)均達(dá)極顯著水平,且顯性為加性效應(yīng)的1~2倍。纖維長度的顯性效應(yīng)達(dá)極顯著水平。纖維伸長率和纖維整齊度的加性和顯性效應(yīng)均不明顯,但上位性效應(yīng)均達(dá)極顯著水平,說明其存在基因間的互作關(guān)系。纖維比強(qiáng)度的加性、顯性和上位性效應(yīng)均達(dá)極顯著水平,但顯性效應(yīng)占主要。由此可見,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的纖維品質(zhì)性狀以加性效應(yīng)為主,傳統(tǒng)的遺傳育種方法對(duì)于轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的纖維品質(zhì)改良效果有一定的難度。環(huán)境互作效應(yīng)分析結(jié)果表明,纖維伸長率、纖維長度、整齊度的加性×環(huán)境互作,顯性×環(huán)境互作均達(dá)極顯著水平,而上位性則不顯著;麥克隆值的上位性×環(huán)境互作達(dá)顯著水平,但加性×環(huán)境互作和顯性×環(huán)境互作則不明顯;而纖維強(qiáng)度的各互作遺傳分量均未達(dá)顯著水平。這些結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉纖維比強(qiáng)度性狀在不同環(huán)境條件下表現(xiàn)差異不大,性狀相對(duì)穩(wěn)定,而其余四個(gè)性狀的環(huán)境互作效應(yīng)較大,性狀表達(dá)受環(huán)境的影響較大,育種改良時(shí)應(yīng)注意不同生態(tài)環(huán)境條件下的選擇。2.3麥克隆值與纖維長纖維化比強(qiáng)度的相關(guān)分析棉纖維品質(zhì)的成對(duì)性狀之間的遺傳相關(guān)性結(jié)果(表4)表明,只有纖維長度和纖維比強(qiáng)度的基因型和表現(xiàn)型相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平,而且相關(guān)系數(shù)較大。對(duì)基因型相關(guān)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),纖維長度和纖維比強(qiáng)度的顯性相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平,且相關(guān)系數(shù)較大。說明纖維長度和纖維比強(qiáng)度間的關(guān)系密切,但應(yīng)注意的是早期世代中的間接選擇效果會(huì)受到顯性關(guān)系的影響。不過在轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉選育中可以獲得纖維長度和纖維比強(qiáng)度同步提高的優(yōu)勢(shì)組合。麥克隆值與其它纖維品質(zhì)性狀的基因型相關(guān)系數(shù)都不顯著,僅與纖維長整齊度的表現(xiàn)型相關(guān)系數(shù)達(dá)顯著水平。可見,麥克隆值與其它纖維品質(zhì)性狀的關(guān)系不是十分密切。對(duì)基因型相關(guān)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),麥克隆值與纖維長整齊度存在較大正向機(jī)誤相關(guān),可以推測(cè)環(huán)境條件對(duì)進(jìn)行間接選擇具有較大的作用。麥克隆值與纖維比強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)不顯著,但是其加性相關(guān)達(dá)到顯著水平,且其值較大。因此,這兩性狀之間在早期世代進(jìn)行間接選擇仍具有一定的效果。2.4抗蟲棉二維生長特性對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉F2纖維品質(zhì)的平均基因型值、平均優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì)進(jìn)行估算(表5),轉(zhuǎn)基因抗蟲棉F2的麥克隆值、伸長率、纖維長度和纖維強(qiáng)度的中親優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì)達(dá)到極顯著水平。除了麥克隆值和整齊度的中親優(yōu)勢(shì),其它都顯著小于零,但數(shù)值較小。F2代的各纖維品質(zhì)的超親優(yōu)勢(shì)都顯著小于零,其中伸長率和纖維強(qiáng)度消減的程度較大?？梢?轉(zhuǎn)基因抗蟲棉F2纖維品質(zhì)性狀表現(xiàn)出一定的負(fù)向雜種優(yōu)勢(shì),但F2代纖維品質(zhì)性狀消減幅度不大。從這些結(jié)果可以看出,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉F2代纖維品質(zhì)性狀存在衰退現(xiàn)象,其性狀表現(xiàn)很大程度上取決于其親本的表現(xiàn)。因此,在轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉組合選配過程中選擇具有優(yōu)異纖維品質(zhì)的親本是非常的重要且有效。3抗蟲棉纖維品質(zhì)性狀遺傳穩(wěn)定性的遺傳調(diào)控棉纖維品質(zhì)性狀的遺傳分析結(jié)果因試驗(yàn)材料不同而異。總的來說,纖維品質(zhì)的多種性狀主要受加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)作用,不同的性狀其加性和顯性效應(yīng)所占的比重略有不同。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉由于其外源基因片段的插入,成為一新的棉花品種類型,其遺傳特點(diǎn)應(yīng)與非轉(zhuǎn)基因棉有所不同。由于外源基因的插入,原有的DNA序列發(fā)生了改變,從而對(duì)農(nóng)藝和經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生較大的影響,其遺傳特性與一般非轉(zhuǎn)基因棉存在著差異。另外,由于轉(zhuǎn)基因抗蟲棉品種的抗蟲性特性,其栽培管理也不同于一般棉花品種,即外界條件與一般棉花存在著差異。因此,由于環(huán)境條件的改變,各性狀的遺傳特點(diǎn)和遺傳相關(guān)必然產(chǎn)生一些變化。因此,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉纖維品質(zhì)性狀的遺傳研究對(duì)于棉花遺傳育具有重要的理論和實(shí)踐意義。本研究結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的纖維品質(zhì)5個(gè)性狀的遺傳方式并不完全一致。其中,麥克隆值、纖維長度和纖維比強(qiáng)度以顯性效應(yīng)為主,伸長率和纖維整齊度以上位性效應(yīng)為主,達(dá)到極顯著水平。除纖維比強(qiáng)度的環(huán)境互作作用較小外,其余4個(gè)性狀的互作作用為20%~69%,與非轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的遺傳特點(diǎn)一致。說明轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的纖維品質(zhì)受環(huán)境因素的影響較大,早世代選擇對(duì)纖維品質(zhì)的遺傳改良較困難。同時(shí),轉(zhuǎn)基因抗蟲棉纖維品質(zhì)的互作分量在互作中所占的比重差異較大,麥克隆值以上位性互作為主,伸長率和整齊度以顯性互作為主,纖維長度以加性互作為主。纖維長度和比強(qiáng)度還存在著加性上位性與環(huán)境的互作效應(yīng)