陆地棉种质资源黄萎病发病率的关联分析

摘要 近年来，棉花黄萎病在新疆蔓延，已成为制约当地棉花生产的重要因素之一。运用高通量SNP芯片对344份具有代表性的棉花种质资源进行基因型分析，考察群体在4个环境（2年2个试验点）中的黄萎病发病率表型，并利用混合线性模型（mixed linear model，MLM）进行全基因组关联分析。结果表明，棉花黄萎病发病率与产量、纤维品质存在负相关性。该群体在4个环境中黄萎病发病率的广义遗传力为40.10%。群体结构分析表明，该群体可分为2个亚群。MLM模型检测到18个显著位点，分布在A03、A05、A10、A12、D02、D11和D13。研究结果有助于解析棉花黄萎病抗性的遗传基础，为研究棉花黄萎病的致病机制以及指导黄萎病抗性的遗传改良提供理论参考。

关键词 陆地棉；种质资源；黄萎病发病率；关联分析

中图分类号 S 562  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2025）04-0001-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.001

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Genomewide Association Analysis of Verticillium Wilt Mobidity in Upland Cotton Accessions （Gossypium hirsutum L.）

ZHOU Xiaofeng1，CAO Yang2，HE Liangrong3 et al

（1.Cotton Institute，Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science/Northwest Inland Region Key Laboratory of Cotton Biology and Genetic Breeding，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Shihezi，Xinjiang 832000;2.Institute of Agricultural Science，Fifth Division of Xinjiang Production and Construction Corps，Shuanghe，Xinjiang 833408;3.Tarim University，Ala'er，Xinjiang 843300）

Abstract In recent years，cotton verticillium wilt disease spread in Xinjiang，has become one of the important factors affecting local cotton production.In this study，a collection of 344 representative cotton accessions were genotyped by the highthroughput SNP array for investigating the phenotype of verticillium wilt at two locations and for two years.The genomewide association study（GWAS）  of disease percentage was performed via the mixed linear model（MLM）.The results showed that there was a negative correlation between verticillium wilt incidence and yield and fiber quality.The broad sense heritability of verticillium wilt morbidity in 4 environments was 40.10%.Population structure analysis showed that the group can be divided into 2 subgroups.The MLM model detected 18 significant loci that were distributed on A03，A05，A10，A12，D02，D11，and D13.The present results help to analyze the genetic basis of cotton verticillium wilt resistance and lay the foundation for studying the pathogenic mechanism and guiding the genetic improvement of cotton verticillium wilt resistance.

Key words Upland cotton;Germplasm resources;Verticillium wilt mobidity;Association analysis

基金项目 兵团重点领域科技攻关项目（2024AB001）;八师重点研发计划项目（2021NY01）。

作者简介 周小凤（1975—），女，安徽庐江人，研究员，硕士，从事棉花遗传育种研究。

收稿日期 2024-01-08

由大丽轮枝菌引起的棉花黄萎病，是影响棉花安全生产的世界性难题^［1］。新疆是我国最大的棉花产区，近年来，黄萎病在新疆棉区蔓延，给棉农造成较大经济损失，严重影响当地棉花产业的可持续发展，提高棉花抗病性迫在眉睫。选育和种植抗黄萎病的棉花品种被认为是防治黄萎病的有效措施，抵抗黄萎病菌侵染已成为选育棉花新品种的重要目标性状^［2］。

目前，由于对棉花抗黄萎病遗传模式及抗病机制等缺乏系统研究和科学认知，导致棉花抗黄萎病种质材料的筛选、创制和新品种选育受到制约^［3］。研究发现，黄萎病菌分泌的毒素可能是其主要致病因素，其中细胞壁降解酶、脂多糖蛋白复合物以及核蛋白可能是重要的致病成分^［4］。王龙等^［5］研究发现，与棉花抗黄萎病性状相关的22个SSR位点中，能同时在2个以上环境出现的位点有2个。棉花黄萎病的抗性受多基因协同控制，可以通过简化基因组测序的全基因组关联分析（GWAS）解析棉花黄萎病抗性的分子遗传规律。全基因组关联分析是一种基于连锁不平衡的定位方法，是在全基因组水平上分析数量性状遗传构成的重要方法^［7］。Li等^［6］通过基于简化基因组测序的棉花黄萎病抗性全基因组关联分析，发现了14个抗病新位点。

与连锁作图相比，全基因组关联分析具有精确度高、无需专门构建群体、能同时分析同一位点的多个等位基因等优点^［8-9］。目前，全基因组关联分析主要用于研究棉花产量、品质等性状的遗传构成，而关于棉花抗病性关键位点和候选基因的研究较少^［10-11］。该研究以我国不同棉区种质资源为研究对象，于2018—2019年在新疆博乐和阿拉尔2个黄萎病发生严重地区进行试验，通过全基因组关联分析，开发SNP标记，挖掘与抗黄萎病相关的特异性位点，从而为棉花抗黄萎病遗传改良以及抗黄萎病性状棉花新品种分子标记辅助选择提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料及田间试验设计 该试验采用的334份陆地棉种质资源均由新疆农垦科学院棉花研究所提供，于2018—2019年分别种植于第一师农科所（阿拉尔）和第五师农科所（博乐）黄萎病发生地。试验地各点肥力均匀，采用随机区组设计，每份材料设2次重复，采用1膜6行种植模式，小区面积2.3 m2，行距为宽行66.0 cm+窄行10.0 cm，株距9.5 cm，每份材料种植2小行，机械铺膜打孔，膜上人工点播，膜下滴灌栽培，4个环境（2年2个试验点）的田间管理方法同常规大田生产一致。

1.2 表型性状调查 黄萎病抗性、产量性状和纤维品质性状的调查方法参照杜雄明等^［12］的棉花种质资源描述规范和数据标准。

黄萎病抗性调查：在黄萎病发病高峰期调查发病率（DP）和发病指数（DI）；黄萎病依照 DB51/T 1205—2011《棉花黄萎病抗性鉴定技术规程》进行鉴定^［13］。

产量性状调查：在棉花吐絮后期，每份材料每个重复分别收取中部10个棉铃，于室内充分干燥后称量10个棉铃的籽棉质量，使用SY-50A棉花考种轧花机轧花后称量皮棉质量（LW），测定单铃质量（SBW）并计算衣分（LP）。根据试验小区的实收籽棉产量计算实收皮棉产量（LAW），实收皮棉产量=实收籽棉产量×衣分。

纤维品质性状测量：考种完成后，在新疆农垦科学院棉花研究所进行纤维品质性状测定，棉花纤维检测仪器为Premier HFT 9000半自动纤维测定仪，检测温度26 ℃，相对湿度65%。每份材料每个重复分别取约15 g皮棉样品，检测指标包括纤维上半部平均长度（FL）、纤维比强度（FS）、纤维整齐度（FU）、纤维伸长率（FE）和马克隆值（MV）。

1.3 全基因组重测序检测SNP及基因型分析 2018年夏天取334份棉花嫩叶样品送往北京诺禾致源科技股份有限公司进行高通量全基因组重测序。步骤：提取棉花基因组DNA，检测DNA浓度和质量，取5 μg质量浓度大于1.5 μg/μL且光密度值在1.8～2.0的DNA样品，采用TruSeq DNA试剂盒（Illumina，圣地亚哥，加利福尼亚，美国）构建测序文库，检测合格后的DNA样品使用Illumina NovaSeq测序平台进行重测序，读取长度为双端150 bp，平均测序深度为6.1倍。

将测序获得的Raw Reads通过Trimmomatic软件（version 0.32）^［14］除去接头，经FASTP软件进行质控后得到Clean Reads，再用BWA软件^［15］将Clean Reads与武汉大学参考基因组（Ghirsutum_TM-1_WHU_genome.standard.fa）比对，剔除碱基质量得分（Q值）小于20的碱基对。进一步用GATK软件^［16］的HaplotypeCaller模块进行SNP检测，使用 Plink 软件从初步获得的群体SNP中筛选出最小等位基因频率（MAF）大于0.05、缺失率（MR）小于0.1的SNP用于后续分析。

2 结果与分析

2.1 表型性状数据分析 通过BLUP分析，334份棉花种质资源表型发病率在4个环境中具有广泛的变异，在重病地考察群体材料发病率，发病率的极差范围为47.27%～82.48%，发病率的平均值为68.73%，发病率的广义遗传力为40.10%，其中标准差和变异系数分别为5.56和8.09%。

2.2 黄萎病抗病性及重要农艺性状间的相关性分析 如图1所示，10个性状间的相关性分析产生108对相关系数，范围为-0.67～0.88。发病率与发病指数存在极显著正相关，而发病率与实收皮棉产量、单铃质量、衣分、马克隆值、纤维整齐度、纤维伸长率存在极显著负相关，发病指数与实收皮棉产量、单铃质量、衣分、纤维上半部平均长度、纤维比强度、马克隆值、纤维整齐度、纤维伸长率存在极显著负相关。