棉花作为重要的经济作物，在世界各地广泛种植，是纺织工业的主要原料之一。其中陆地棉(Gossypium hirsutum)由于其高产和广适应性被广泛种植。近年来，育种工作者在追求产量的同时，对纤维品质有所忽视。
近日，华中农业大学联合石河子棉花研究所在The Crop Journal在线发表了题为“Identification of new cotton fiber-quality QTL by multiple genomic analyses and development of markers for genomic breeding”的研究论文，作者在长期的棉花育种过程中筛选并保留了在纤维品质单一指标突出的“偏才”育种中间材料，形成了包含265个系的群体，完成了重测序，结合全基因组关联分析（GWAS）、驯化选择（GSSA）和基因组选择（GS）共鉴定到25个纤维品质相关的QTL，其中18个QTL是常规GWAS未鉴定出来的位点，5个QTL具有广泛的育种应用潜力。这些发现为结合多基因组分析鉴定更多的QTL并应用于育种提供了思路。
作者通过结合GWAS和GSSA，在GWAS显著位点附近的非强连锁区域找到了1个新的QTL并筛选出候选基因Ghir_D12G003810。发现在驯化过程中，该基因的基因型Hap 1和Hap 2的纤维更长，基因型Hap 1和Hap 2受驯化成为陆地棉的主要基因型（图1）。结合GWAS得到的SNP与纤维品质相关性的P值，以10-4作为显著性阈值，筛选到潜在的纤维品质相关SNP集合，发现以这种方法结合GWAS构建GS预测模型可显著提升GS预测模型对表型预测的准确性（图2A，B）。通过GS预测模型计算SNP对纤维品质性状的效应值，得到了大效应QTL位点，发现GWAS仅能解释有限的表型变异，而部分“缺失的遗传力”可以由GS-QTL解释（图2C）。为了获得可广泛用于其它育种进程的QTL，对获得的QTL设计了InDel标记并在其他自然群体中进行了验证。结果表明，其中5个QTL的优势基因型显著地在表型优秀的材料中富集，说明这些材料具有稳定的效应（图3）。在这5个具有稳定效应的QTL中，有4个与纤维长度相关，这4个QTL的优良基因型的聚合有利于纤维长度的改良（图4A，B）。进一步检验了这5个QTL在一些已有的改良品种和优良品系的基因型，结果发现大部分材料都聚合了优良基因型，而QTL GWAS_qFL_A04_1_1的优良基因型还未被育种家充分利用（图4C）。
图1 结合GWAS和GSSA鉴定QTL并筛选优质相关候选基因Ghir_D12G003810
图2 GS预测模型的准确性和纤维品质性状的表型变异解释(PVE)
图3 纤维品质相关QTL及其InDel标记在棉花自然群体中的基因分型
图4 纤维品质相关QTL及其优异基因型的InDel标记的富集情况
华中农业大学博士研究生谭浩哲和石河子棉花研究所唐秉晖研究员为该文共同第一作者，华中农业大学涂礼莉教授和石河子棉花研究所尤春源研究员为该文共同通信作者。该研究得到国家重点研发计划（2022YFF1001400）、国家自然科学基金（31830062、32172071）、石河子师市优势产业种质资源创新及示范推广应用（2021NY01）和石河子特色棉花新品种选育及转基因育种技术应用示范(2022N01)等项目资助。