转基因抗病棉花所转抗病基因（Chi+Glu）对棉花生物学特性的影响

此研究为国家转基因抗病棉环境安全评价技术的建立而设。以转入几丁质酶和葡聚糖酶双价抗病基因（Chi+Glu）的中棉所24为试验观察品种,对应的受体中棉所24和赣棉11号非转抗病基因棉为两个对照品种,进行棉花生育性状、产量性状上生物学特性的表现对比,结果中棉所24转入双价抗病基因后,生育期比受体对照延长11天,比非转基因的常规棉赣棉11号延长3天;经LSD最小显著性差异测验,转双价抗病基因（Chi+Glu）对棉苗期株高生长变缓慢影响极显著,对蕾期株高生长缓慢影响显著,而花铃期时株高超速生长影响显著;对蕾花铃发育迟缓、第一果枝节位前移影响显著;对第一果枝高度降低、果枝节距拉大、籽棉和皮棉增产、发芽率提高效应（提高13个百分点）影响极显著;对棉花单铃重、单铃籽棉重、单铃皮棉重、衣分、籽指、衣指、单铃不孕籽粒数性状转好影响明显;对单铃壳重、单铃不孕籽重量变差也有明显影响;对棉花纤维上半部平均长度变短,整齐度指数增加,马克隆值升高,纤维伸长率下降,纤维纺纱均匀指数降低,纤维断裂比强度降低有明显影响。试验显示,所转双价抗病基因对棉花上述生物学特性有显著和极显著影响,尤其对产量性状变好影响极显著（增产籽棉1491.9 kg/hm2）。     

转CpTI基因对棉花主要病害及早衰的影响

 2006-2007年,采用4个转CpTI基因棉花材料及其受体研究了转CpTI基因对棉花苗病、黄萎病、后期叶斑病及早衰的影响。结果表明：3个转CpTI基因材料苗病死苗率均低于其对应的受体材料。在6月底和7月初黄萎病的发生初期,转基因材料黄萎病发生较受体材料轻,7月中旬到8月底9月初,不同品种以及同一品种的不同生育期之间差异较大,转基因材料C连续两年病指极显著低于对照受体材料。与非转基因材料相比,转CpTI基因材料叶斑病的发生显著加重,早衰发生也加重。     

转Cry1Ac+Cry2Ab基因棉与转Cry1Ac+EPSPS基因棉在黄萎病菌压力环境下检测技术和生存竞争能力研究

此研究为“十二五”转基因生物新品种培育项目中创建新的转基因棉花品种环境安全评价技术的建立而设。以转双价抗虫基因（Cry1Ac+Cry2Ab）棉、转双价抗虫抗除草剂基因（Cry1Ac+EPSPS）棉为观察材料,杂交抗虫棉赣棉杂1号和非转基因棉赣棉11号为对照材料,于黄萎病圃采用不同于抗病鉴定的方法,检测两种转双价基因抗虫棉在黄萎病菌压力下的发病情况、生长竞争能力和产量竞争能力。两个转双价基因棉抗黄萎病性不显著的强于两个对照;抗虫抗除草剂棉株高、覆盖度增长竞争能力相对较强,双Bt抗虫棉竞争力相对较弱;抗虫抗除草剂棉的单株成铃和果枝层数较高,增长竞争能力也较强,双Bt抗虫棉较弱;两个转双价基因棉最后的脱落率与两个对照差异不显著;抗虫抗除草剂棉籽棉、皮棉产量介于两个对照之间,而双Bt抗虫棉的产量低于两个对照。显示双Bt抗虫棉推广种植可行性相对较差,抗虫抗除草剂棉推广种植可行性一般。     

GO基因导入对棉花农艺性状及抗病性的影响

通过对转葡萄糖氧化酶(GO)基因棉株系B99261(IV、Ⅷ代)和B99267(Ⅷ、Ⅳ代)与受体新陆早7号及耐黄萎病对照中棉所12农艺性状及抗病性比较。结果表明，转基因棉花株型变矮，果柄变长，单株成铃数和纤维品质有明显提高。B99261对苗期炭疽病、立枯病及铃疫病抗性有显著提高，但不抗红腐病；B99267对棉铃疫病抗性也显著增强。这两个品系对枯萎病和黄萎病抗性均有显著提高，其中第四代B99261．抗黄萎病性能最好,达到抗病水平。     

GO基因导入对棉花农艺性状及抗病性的影响

通过对转葡萄糖氧化酶(GO)基因棉株系B99261(IV、Ⅷ代)和B99267(Ⅷ、Ⅳ代)与受体新陆早7号及耐黄萎病对照中棉所12农艺性状及抗病性比较.结果表明,转基因棉花株型变矮,果柄变长,单株成铃数和纤维品质有明显提高.B99261对苗期炭疽病、立枯病及铃疫病抗性有显著提高,但不抗红腐病;B99267对棉铃疫病抗性也显著增强.这两个品系对枯萎病和黄萎病抗性均有显著提高,其中第四代B99261抗黄萎病性能最好,达到抗病水平.     

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

棉花是重要的经济作物,实现既抗病又早熟是棉花重要的育种目标,但棉花抗病与早熟基因之间的关联性研究报道甚少。本课题组前期鉴定到一个响应黄萎病菌诱导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因GbSTK,可以提高转基因拟南芥的黄萎病抗性。本研究发现多个抗病棉花品种中STK基因的表达量显著高于感病对照品种H208。在抗病品种农大601中沉默STK基因,沉默植株在接菌后20d,其黄萎病抗性显著降低,病情指数由27.5(耐病)升高到63.2(感病),表明该基因正向调控棉花黄萎病抗性。对转GbSTK基因拟南芥表型鉴定发现,其开花时莲座叶片数平均为7.5个,显著低于空载体对照植株(11.9个),转基因植株开花时间较对照平均提早5~7 d。进一步对拟南芥开花途径标志基因FT、SOC1和LFY的转录水平检测发现,转基因不同株系中FT和SOC1的表达水平显著高于对照植株,而LFY基因的表达受影响较小,表明STK基因可以影响开花关键基因FT和SOC1的表达,进而调控植株提早开花。基于酵母双杂交互作蛋白筛选试验,初步获得30个与GbSTK具有互作关系的候选蛋白,为进一步揭示GbSTK的分子调控网络奠定了基础。本研究首次鉴定出可同时提高黄萎病抗性和提早开花的一个功能基因,为棉花抗病早熟遗传改良提供了参考依据。     

陆地棉黄萎病抗性遗传分析

以抗落叶型黄萎病棉花品系常抗棉,耐黄萎病品系中5173、河北抗黄、山东抗黄及感病品种TM 1、军棉1号、新陆早1号、感病1号8个材料进行8×8半双列杂交,对亲本及F1的黄萎病株率及病情指数等主要性状进行了研究,采用MINQUE(1)法估算方差分量,采用AUP法预测遗传效应值。遗传估算方差结果表明,在病圃人工接菌条件下,品种平均病指及收获期剖秆病指均以加性遗传效应为主。遗传力分析表明,黄萎病的广义和狭义遗传率均达极显著。基因效应预测值表明,抗及耐黄萎病品种与感病品种之间存在极显著差异。协方差分析表明,表示黄萎病抗性两个性状(成株期平均病指及收获期剖秆病指)之间存在极显著的正相关,而黄萎病与产量性状之间存在极显著负相关。     

转SNC1基因棉花抗枯萎病防御酶活性分析

以转SNC1基因的棉花中35和军棉1号和对应的非转基因棉花叶片为材料,接种棉花枯萎病病菌,以分析与主要抗病性有关的5类防御酶系。接菌后,和对照相比,转SNC1基因棉花和非转基因棉花防御酶的活性变化差异明显。其中,转基因中35的PAL、SOD、POD和PPO酶活性均高于非转基因中35,并且在接菌第2,4天达到峰值,然后随时间增加呈下降趋势,而CAT酶活性低于非转基因中35,随时间增加变化趋势不明显;转基因军棉1号的PAL、SOD、PPO和酶CAT活性变化趋势同转基因中35,而POD酶活性变化趋势却相反,低于非转基因军棉1号。通过本试验表明,以抗病品种和感病品种为受体得到的转基因棉在受到病原菌侵染后,酶活性变化有差异。其中PAL、SOD、PPO和CAT酶活性变化趋势稳定,其酶活性高低可以作为转基因棉花抗病性的生化指标,同时表明SNC1基因的抗病性在陆地棉中得到体现。     

转双价抗虫基因BmkIT-Chitinase玉米株系的获得

通过超声波辅助花粉介导法,将双价抗虫基因BmkIT-Chitinase分别导入以玉米自交系昌7-2及郑58的花粉为受体的不同基因型的自交系中。本研究共处理玉米雌穗1072穗,获得T0代种子1563粒,经卡那霉素初筛,T1代～T4代PCR及SouthernBlot杂交分子跟踪检测共获得20个转化株系,田间抗虫性鉴定表明共有16个转化株系与对照在抗虫性方面有显著差异,且此抗性随着各代稳定遗传。农艺性状调查结果表明,所获得的转基因玉米株系中大部分材料的农艺性状与对照无显著差异,除了N55材料及N20-1材料。N55材料的穗位高度与对照相比略低6±0.5cm,而穗粒数增加75±5粒。而N20-1材料百粒重增加5±0.5g。因此,转入此双价抗虫基因对玉米农艺性状影响不是很大。经过分子检测、田间抗虫性鉴定及农艺性状调查我们最终选育了9个转双价抗虫基因昌7-2自交系优良株系,6个郑58转双价抗虫基因自交系优良株系。     

转RRM2和ACO2-E6基因棉花冠层特征和光合特性与产量形成的关系

为探明转基因棉花产量形成关键期的生理机制,2014―2015年以转RRM2基因棉花及其亲本中棉所12(CK1)、转ACO2-E6基因棉花及其亲本中棉所24(CK2)为材料,研究冠层特征、光合特性等与转基因棉花产量形成的关系,分析比较转基因棉花与亲本的生长发育、产量及其构成的差异。结果表明:转RRM2基因棉花的铃重、籽棉产量、皮棉产量、纤维上半部平均长度和断裂比强度均高于或显著高于中棉所12。转ACO2-E6基因棉花的衣分、籽棉产量、皮棉产量、纤维上半部平均长度和断裂比强度均高于或显著高于中棉所24。转基因棉花的籽棉产量与盛铃期的叶面积指数、光系统Ⅱ光化学量子产量、光系统Ⅱ最大光化学效率和可溶性总糖含量等分别呈显著的线性相关。转基因棉花的叶面积指数和可溶性总糖含量于产量形成关键期均高于或显著高于各自对照,且表现出较优的冠层结构以及较合理的源库比。     

基于人工病圃筛选和分子标记辅助的棉花抗黄萎病育种方法研究与应用

以抗病性较强的中植372为研究对象,和陆地棉感病品种军棉1号配制组合构建F2作图群体,筛选到和黄萎病抗性紧密连锁的SSR标记NAU1269。选育过程中,以中植372为父本或者母本,通过人工黄萎病病圃对种间杂交、回交、加代选育以及再杂交的材料进行了抗病性筛选,同时每代育种材料均对黄萎病抗性紧密连锁的SSR标记NAU1269进行跟踪检测,筛选出与黄萎病抗病性状紧密连锁的亲本及其后代材料,进而培育出抗黄萎病、产量高、品质优良的中植棉2号、新植5号、中植棉6号、中植棉8号等10余个国审及省审抗(耐)黄萎病棉花新品种。对育成的品种进行检测发现,中植2棉号、中植6棉号、中植8棉号和新植5号均能够检测到与黄萎病抗性紧密连锁的SSR标记NAU1269和已报道的抗黄萎病的分子标记NAU828和NAU1225,而且这3个标记在各个品种材料之间呈共显性分离。结果表明,基于人工病圃筛选和分子标记辅助育种相结合是选育棉花抗黄萎病材料可行、高效的育种方法。     

转基因抗虫棉抗黄萎病鉴定及黄萎病发生规律

采用田间病圃鉴定法,研究了国内外45个转基因抗虫棉品种(系)的黄萎病抗病性,结果表明,以相对抗性指数(IR)划分抗性类型,抗病品种(系)占6.7％,耐病品种(系)占51.1％,感病品种(系)占42.2％。美国引进品种(系)比国内自育品种(系)的抗病性稍差。棉花黄萎病菌在不同转基因抗虫棉品种(系)上的侵染、扩展规律有较大差异,可分为5类。不同品种(系)的抗病特性不同,可分为3大类。此外,筛选出抗虫棉抗病性鉴定的对照品系—J103。     

Creation of a New Resistant Germplasm to Verticillium Wilt by Distant Hybridization in Upland Cotton

To create new germplasm lines resistant to Verticillium wilt in upland cotton, 65 distant hybridization germplasm lines (DHGLs) in upland cotton genetic background were cultivated by interspecific hybridization between Gossypium hirsutum and wild species including G. anomalum, G. armourianum, G. aridum, G. raimondii, G. mustelinum, interspecific F₁ backcrossing with G. hirsutum for four generations, and selfing for four generations, followed by a conventional breeding program. The results of agronomic trait identification during 2011-2012 indicated that average plant heights of DHGLs were closely similar to commercial cultivars of upland cotton, while average fruit branches, fruit nodes, bolls of DHGLs individual plant were lower than those in commercial cultivars of upland cotton. Average single boll weight and lint percentage of DHGLs were lower than commercial cultivars of upland cotton. Fiber length, strength, fineness and maturity of DHGLs were reasonably collocated. Fiber of most lines was suitable for spinning extra high count yarn, but the main fiber quality indices of commercial cultivars of upland cotton were not well coordinated. Identification of resistance to Verticillium wilt in defoliation disease nursery during 2012-2013 indicated that five DHGLs resistant to Verticillium wilt . Suyuan 040, Suyuan 045 and Suyuan 061 were highly resistant to Verticillium wilt with a disease index of 8.33, 4.35 and 7.79, respectively. Suyuan 030 and Suyuan 034 were resistant to Verticillium wilt with a disease index of 12.35 and 13.70, respectively. The genetic relationship of new germplasm lines resistant to Verticillium wilt were traced and showed that Suyuan 040 and Suyuan 045 were DHGLs of G. raimondii, Suyuan 061 was DHGL of G.mustelinum, Suyuan 030 and Suyuan 034 were DHGLs of G. aridum.     

转基因抗虫棉黄萎病田间消长模式研究

2008年和2009年利用田间病圃研究了17个转基因抗虫棉品种的黄萎病田间消长模式。基于各品种在不同调查时间点的2年病情指数进行聚类分析,可将供试品种划分为4种类型。分析发现,同一类型中不同品种的黄萎病田间消长模式相似,而不同类型间表现出明显差异。第Ⅰ类品种表现为在调查的前、中、后期病情指数较低,且其病指低于其它3类;第Ⅱ类品种在整个调查时期病情指数也较低,但全年有2个发病高峰;第Ⅲ类品种在调查前期病指较高,中期病指略有降低,后期病指快速上升,发病高峰期病指较高,其病指在整个调查时期高于第Ⅱ类;第Ⅳ类品种调查前期病指较高,中期病指降低,后期病指最高,全年有2个明显的发病高峰,且其病指在8月20日前的几个调查时期均显著高于其它3种类型。     

中植棉2号抗黄萎病的主基因+多基因遗传特性分析

以感病品种861为父本、抗病品种中植棉2号为母本配制杂交组合,构建6个世代群体(P_1、P_2、F_1、B_1、B_2和F_2),并在田间病圃进行抗病性鉴定,利用主基因￣多基因混合遗传模型的多世代联合分析法研究陆地棉抗黄萎病遗传特性。结果表明,中植棉2号抗性遗传符合E-1遗传模型,即2对加性￣显性￣上位性主基因+加性￣显性多基因遗传模型。2对主基因遗传以显性效应为主,且第2对主基因的显性效应比第1对主基因的显性效应大,多基因遗传以加性效应为主。B_1、B_2和F_2的主基因遗传率分别为68.24%、30.71%和82.09%,多基因遗传率分别为0、24.96%和0,环境方差占总表型方差的17.01%~44.33%。     

棉花种间杂交渐渗系抗黄萎病性状遗传分析

利用抗黄萎病棉花种间渐渗系冀79作父本,高感病陆地棉品系1096作母本,配制杂交组合。感病对照、亲本及F1、F2在田间混生病圃鉴定。对亲本、F1及F2分离群体的抗性表现进行调查、统计,分析该抗源抗黄萎病性状的遗传方式,结果表明,该抗源抗性是由1个显性抗(耐)病基因和2个加性基因共同起作用,其中加性基因起主要作用。并且2个加性基因是独立遗传的,当2个加性基因同时存在并且纯合时,植株表现为高抗;当2个加性基因同时存在并且杂合时,植株表现为抗病;当只有1个加性基因存在时,不论纯合还是杂合,植株都表现为耐病;当2个加性基因不存在时,植株表现为感病。     

棉花黄萎病相关基因GhAAT的克隆与功能鉴定

棉花黄萎病(Verticillium dahliae)是一种土传性真菌维管束病害,严重影响棉花的生产。本研究通过转录组数据分析筛选出一个与棉花黄萎病相关的氨基酸转运蛋白GhAAT基因,该基因在棉花根部响应黄萎病菌诱导表达。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术研究其在棉花抗黄萎病中的功能。结果显示将该基因在棉花TM-1的叶片和根部沉默后,棉花对黄萎病抗性减弱,证明GhAAT基因参与调控了棉花抗黄萎病功能。发掘棉花抗黄萎病菌重要调控基因并揭示其分子机制对培育棉花抗病品种具有重要意义。     

Identification of QTLs Related to Verticillium Wilt Resistance Based on RIL Population

[Objective] The objective of this study was to identify the stable quantitative trait loci (QTLs) related to Verticillium wilt resistance in cotton. [Method] In this study, a population of 111 recombinant inbred lines (RILs) strains was developed by crossing a highly resistant parental line "Changkangmian" to Verticillium wilt and the susceptible parent TM-1. The complete composite interval mapping method was adopted to detect QTLs by Verticillium wilt disease index in multiple environmental conditions and periods in Anyang and Verticillium wilt affected areas of Xinjiang. Simple sequence repeat (SSR) markers of polymorphism were screened for genetic mapping. [Result] The genetic map was constructed by 40 simple sequence repeat (SSR) markers, consisted of 12 linkage groups with total length of 212.5 centimorgan (cM). A total of six QTLs related to the resistance to Verticillium wilt were obtained. The likelihood of odd (LOD) values ranged from 2.51 to 5.55. The maximum phenotypic variation explained (PVE) 20.34%, and the minimum PVE 6.93% were recorded. Among detected QTLs, qVR-D05-1 was detected in both Verticillium wilt affected fields in Anyang and Xinjiang in July 2015 and July 2016 with PVE of 12.96% and 20.34%, respectively. [Conclusion] This study can provide a potential reference for mapping stable QTLs related to resistance to Verticillium wilt.