摘要
棉花是重要的经济作物，是天然纤维的主要来源和纺织工业的重要原料。除纤维外，棉花种子也具有重要的经济价值。棉籽富含油分和优质蛋白，是重要的食用油和饲用蛋白来源。棉花子指（种子百粒重）和种子形态特征是衡量种子大小、重量的关键指标，与籽棉产量、棉花附加经济价值均有密切的关系。然而目前对棉籽的研究并不全面，明确陆地棉子指和种子形态特征的遗传基础，鉴定相关位点和基因对陆地棉种子遗传改良具有重要理论意义。 为全面揭示陆地棉种子性状的遗传多样性特征，本研究测量了1245份陆地棉种质（1245群体）在6个环境下的子指、以及383份陆地棉种质（383群体）在9个环境下的子指和主要种子形态特征（种子长，种子上宽、中宽和下宽）。统计分析结果表明，1245群体子指均值和变异系数分别为10.07-12.99 g和8.15%-12.63%， 383群体在全部环境中子指均值和变异系数分别为9.33-12.13 g和10.40%-13.28%。在种子形态性状中，种子上宽和种子下宽变异系数变化范围较大，分别达到4.57%-9.26%和3.66%-7.57%；变异系数变化范围最小的是种子中宽，为3.46%-5.57%。相关分析表明，在大部分环境中，陆地棉子指与种子长和种子中宽呈显著正相关；而子指与纤维品质性状，如纤维长度、纤维强度呈弱正相关关系。不同地区性状之间的相关性也存在差异，如新疆地区子指与纤维强度、纤维整齐度、纺纱均匀性指数（正）相关指数要高于长江流域和黄河流域。整合两个群体的数据发现，陆地棉种质资源子指和种子形态性状均存在较大的变化幅度，展现出丰富的遗传多样性。 为明确陆地棉子指及种子形态特征的遗传基础，本研究对两个群体子指和种子形态性状进行关联分析，结果表明：在多个环境中，子指、种子长和种子中宽的GWAS信号均定位到A07：88.7-88.8 Mb区间。结合转录组等方法鉴定到关键候选基因Gh_A07G213700（GhSAP），该基因前期被证实调控拟南芥种子大小。群体分型结果表明GhSAP在携带不同单体型材料间胚珠发育的15DPA、20DPA和25DPA三个种子发育关键时期均存在显著差异。因此，推测GhSAP是调控棉花种子大小和形态的关键候选基因。 结合长片段测序结果对该基因特征进一步分析发现，GhSAP基因内含子中存在一个844bp长度的大片段缺失结构变异（命名为InDelSI），单倍型连锁分析表明InDelSI与GWAS定位到的SNP信号完全连锁，推测该变异可能是影响GhSAP基因表达的关键变异。通过分析1410份陆地棉（其中包括61份陆地棉半野生种系）和271份海岛棉中InDelSI片段的分布规律发现，InDelSI为陆地棉特有变异，可能产生自陆地棉半野生种。将GhSAP同源基因与InDelSI同源片段结合起来分析发现，GhSAP同源基因的蛋白质聚类分成三个亚型，InDelSI片段在GhSAP同源基因位置分成三个亚型，且两者的分类关系一致。 本研究通过对1245群体和383群体的子指与主要种子形态性状进行系统调查和全基因组关联分析，首次全面揭示陆地棉种子形态性状的遗传多样性特征及其与纤维品质和产量的相关性，鉴定到控制多个性状的关键候选基因GhSAP，本研究为进一步研究陆地棉种子发育的遗传基础，推动棉花产量和纤维品质同步改良奠定了理论基础。
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