细胞质雄性不育海岛棉的选育和细胞学观察

【目的】利用细胞质雄性不育海岛棉和陆地棉种间的杂种优势。【方法】采用回交育种技术，选育了一套具有哈克尼西棉细胞质的海岛棉不育系“海A”和保持系“海B”，并用石蜡切片的方法对所选育的海岛棉不育系和保持系的小孢子发生进行了细胞学观察。【结果】育成的海岛棉不育系，虽然核背景由陆地棉被置换成了海岛棉，但败育的基本特征没有发生明显改变：“海A”的败育时期主要在小孢子母细胞减数分裂时期，花药无花粉粒，具有败育早、稳定和不受环境影响的特性；“海A”与陆地棉恢复系杂交，杂种F1花粉育性好，结铃率高，铃重增大，衣分提高。【结论】选育的“海A”在海岛棉与陆地棉种间杂种优势利用研究中具有良好的利用前景。     

嫁接对棉花抗黄萎病的影响

 【目的】探讨不同嫁接类型对棉花黄萎病抗性的影响,研究棉花黄萎病发病机理和抗病机制,为深入分析棉花抗病机理、培育抗黄萎病棉花品种提供理论基础。【方法】选取6个不同黄萎病抗性的海岛棉和陆地棉品种,每个品种均设自身嫁接和相互嫁接2种嫁接方式和不嫁接的直播对照;田间试验鉴定比较直播材料与自身嫁接材料、相互嫁接材料的发病程度。【结果】自身嫁接材料与直播材料发病情况相同;以海岛棉抗病品种做接穗的嫁接组合的病情指数与发病率显著低于陆地棉抗病品种为接穗的嫁接组合;以陆地棉抗病品种为砧木的病情指数与发病率显著低于海岛棉抗病品种为砧木的组合。【结论】嫁接操作本身对棉花黄萎病的抗性没有显著影响。海岛棉和陆地棉的抗黄萎病机制不同,海岛棉抗病品种的关键抗病部位为茎部;而陆地棉抗病品种的关键抗病部位为根部。     

K型温敏雄性不育小麦的遗传模式分析

【目的】明确K型温敏雄性不育小麦的配子传递方式及遗传模式。【方法】以K型1B/1R小麦雄性不育系K3314A,K型非1B/1R雄性不育系A731和A116,保持系116B、731B及恢复系KR783、桑榆3号和WM5-5为材料,构建了4个群体K3314A//KR783/731B、A731//KR783/731B、A116//A116/桑榆3号和A116//116B/WM5-5,分别调查其亲本及后代的自交结实率和单倍体发生的频率,结合植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型进行遗传分析。【结果】1BS染色体片段代换了1RS染色体片段后,非1B/1R类型不育系及其后代不产生单倍体;不育系核内基因主要由雌配子传递,属配子体不育类型;育性受2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因共同控制,且2对主基因控制育性的作用相当,在B2群体中主基因的遗传率最高。【结论】杂合1B/1R核型要比纯合1B/1R核型产生的单倍体频率高;在K型不育系育性相关基因定位的群体选择中,只有组配不育系//保持系/恢复系的后代,才会出现不育和可育的分离;该类型小麦温敏雄性不育系中有2个主效基因的存在,同时受多基因的修饰作用。     

棉花EXO70基因家族全基因组的鉴定及种间比较

【目的】当前四倍体棉花的主栽品种是陆地棉与海岛棉，陆地棉产量高且适应性好，海岛棉纤维品质优异但产量一般。EXO70是胞外分泌体（exocyst complex）中的关键亚基，在植物生长发育、胁迫响应等方面发挥重要作用。通过全基因组水平鉴定和分析陆地棉与海岛棉EXO70基因家族成员，并研究其在纤维发育、环境适应等方面的功能，有助于揭示陆地棉与海岛棉种间性状差异形成的分子基础。【方法】从拟南芥数据库（TAIR）获取EXO70家族蛋白序列作为参考序列，采用HMMER、ExPASy、MEME、TBtools等分析工具对陆地棉TM-1和海岛棉Hai7124基因组中EXO70家族成员进行鉴定与分析，系统比较该家族在基因表达模式、重要农艺性状的相关性、逆境响应等方面的异同点。【结果】通过对陆地棉和海岛棉的基因组水平分析，均鉴定出54个EXO70家族成员，根据系统进化发育可将其分为8个分支。陆地棉和海岛棉同源基因可一一对应，分布在陆地棉与海岛棉的20条染色体上，绝大多数成员为单外显子，但是两者间有12对同源基因在阅读框序列上存在较大差异。陆地棉与海岛棉大部分同源基因表达模式类似，但在同一纤维发育时期表...     

基于8个海岛棉和4个陆地棉品种(系)SSR多态性核心引物的筛选

【目的】筛选针对海岛棉、陆地棉与海岛棉之间的核心引物。【方法】以8个海岛棉和4个陆地棉品种(系)为材料,采用分子标记技术,对已在Cotton Microsatellite Database(CMD)网站上公布的3 229对SSR引物,PCR扩增,通过PAGE胶电泳、检测,对获得的扩增条带清晰、重复性好且分辨能力强的核心引物进行统计分析。【结果】94对为海岛棉核心引物,214对为陆海之间差异明显的核心引物。【结论】筛选到了部分核心引物,所选择的SSR引物在海岛棉中多态性较低,选出率仅为2.9%。     

棉花深棕色纤维基因Lc1的遗传定位

 【目的】研究棉花棕色纤维的遗传规律,寻找并定位与棕色纤维基因连锁的分子标记,为进一步在棉花基因组学水平上定位、克隆棕色纤维基因和棕色棉纤维品质改良奠定基础。【方法】基于陆地棉显性多基因标记系T586（具有深棕色纤维基因Lc1）与海岛棉新海16配制的海岛棉×陆地棉杂交F2群体,结合色彩色差仪对棕色纤维色泽的分类进行分析,并充分利用棉花基因组分子标记遗传连锁图谱信息、多态性分子标记筛选和图位克隆的方法,定位与棕色棉纤维基因Lc1连锁的分子标记。【结果】根据T586与新海16杂交后代F2群体（443个有效纤维单株）深棕色纤维、棕色（中间色）和洁白色纤维的分离比例,将Lc1定位于棉花基因组A亚组第7染色体微卫星标记NAU4030和CGR5119之间约8 cM的遗传距离内,其中,Lc1与标记CGR5119的遗传距离约为2.8 cM,与NAU4030之间的遗传交换距离约为5.1 cM,构建了Lc1位点的遗传连锁图谱。【结论】棉花深棕色纤维性状由单基因控制并呈现半显性遗传方式,Lc1位点附近的分子标记信息可在棕色棉分子标记辅助育种中得以利用。     

粘类小麦育性恢复基因的遗传分析及SSR分子标记

【目的】进一步探讨粘类小麦育性恢复基因的遗传机理。【方法】选取具有高恢复力的恢复系亲本材料rk5451为父本与ms(Kots)-90-110杂交,F1代再与保持系90-110回交,以ms(Kots)-90-110/rk5451//90-110的BC1F1代分离群体为研究对象,分别用定位于1B短臂染色体上的18对SSR引物和6B染色体上的47对SSR引物对粘类小麦细胞质雄性不育育性恢复基因进行分子标记。【结果】初步筛选出Wms273和Wmc406 2对揭示育性恢复基因多态性的引物,用132株BC1F1回交群体对这2对引物进行进一步检测,得出Wmc406与粘类小麦细胞质雄性不育系1BS上的恢复基因连锁,遗传距离约为7.6 cM。【结论】粘类小麦细胞质雄性不育系的育性是由1对主效恢复基因和多对微效基因共同控制的,标记Wmc406可直接用于分子标记辅助选择。     

棉花细胞质雄性不育与育性恢复的研究与利用

对棉花细胞质雄性不育与育性恢复的研究现状进行了较为全面的综述。介绍了棉花细胞质雄性不育系、恢复系及“三系”杂种棉的选育进展，不育系花药的细胞学及其生理生化特征，细胞质雄性不育产生的分子机理，不育胞质对杂种一代的遗传效应。详细阐明了细胞质雄性不育恢复系的类型，育性恢复的遗传方式，育性恢复基因与育性增强基因之间的关系以及恢复基因的遗传定位。文中对“三系”杂种棉选育进展缓慢的原因进行了剖析，并从利用新的胞质不育类型选育优良不育系，聚合多个恢复基因和育性增强基因选育强恢复系，优化以蜜蜂为媒介的传粉体系等方面，探讨了“三系”杂种棉的发展对策。     

海岛棉和陆地棉叶片光合特性、冠层结构及物质生产的差异

【目的】探讨海岛棉和陆地棉两个棉花栽培种群体物质生产存在差异的原因,揭示海岛棉和陆地棉产量形成的机理,为选育高光效棉花品种和高产高效栽培提供理论依据。【方法】在新疆气候生态条件下,选用能适应北疆棉区的海岛棉品种（系）（新海22号、H858）和陆地棉主栽品种（新陆早13号、新陆早33号）为试验材料,分别测定不同棉花品种（系）叶片的叶绿素含量、叶面积指数、冠层开度、叶片向日性运动、群体光合速率和生物量等指标,探讨海岛棉和陆地棉两个栽培种间群体冠层结构、叶片光合组分和光合生产特性等的差异。【结果】陆地棉品种冠层上部叶片数量多,叶面积指数大,冠层开度小,上部叶片光截获量占冠层光截获总量的比例大,冠层中下部光截获量少;海岛棉品种冠层上部叶片少,叶面积指数小,冠层开度大,截获的光占冠层光截获总量的比例小;海岛棉品种群体光合速率均比陆地棉高;两个棉花栽培种光合物质生产能力存在显著差异,海岛棉光合产物总量多,但生殖器官占总光合产物的比例显著低于陆地棉;海岛棉和陆地棉产量构成因子及皮棉产量差异显著,陆地棉单位面积总铃数约为1.30×10⁶个/hm²,皮棉产量为3 000-3 500 kg·hm^-2,海岛棉虽然单位面积铃数显著大于陆地棉,达到1.54×10⁶个/hm²左右,但单铃重远低于陆地棉,皮棉产量仅1 500 kg·hm^-2左右;在棉铃空间分布上,海岛棉棉铃主要分布在冠层中下部,而陆地棉棉铃在冠层中上部的分布比例大。【结论】与海岛棉相比,陆地棉总光合产物低,但经济系数高,籽棉产量高,通过改善陆地棉冠层结构,延长群体光合功能期,提高光合产物累积量,有利于陆地棉产量的进一步提高;与陆地棉相比,海岛棉冠层光能利用率高,群体光合速率高,光合物质生产潜力大,但单铃重低,总铃库较小,且铃库与光合源比例失衡,光合产物转运效率低,经济系数小,产量较低。选育大铃、早熟性好的海岛棉品种,并适当增大种植密度,可能是海岛棉增产的技术途径。     

棉花远缘核质杂种的培育与育种应用

综述了作者所在课题组近 30年的远缘杂交工作。通过染色体加倍、胚珠离体培养等技术 ,克服远缘杂交不亲和性及杂种后代不孕性 ,成功获得了多个种间杂种和异源细胞质的质核杂种。通过进一步回交选育 ,获得了异源细胞质的抗虫种质T458、Q1 0 38及纤维品质优良的陆地棉种质J80 80、H80 8、H82 8等。育成了棉属 9个种 (种系 )细胞质同核系 ,为棉属细胞质的遗传分类及演化研究提供了基础材料 ,研究了同一细胞核背景下异源细胞质的遗传效应。中棉和异常棉胞质能显著提高陆地棉抗性。实现了陆地棉胞质的陆地棉雄性不育“三系”配套。在实现了哈克尼西棉胞质陆地棉雄性不育“三系”配套的基础上 ,进一步与海岛棉 71 - 74杂交 ,改良了恢复系。从陆地棉与异常棉的远缘杂交后代中 ,选育出哈克尼西棉基因组以外的、来自异常棉基因组的新恢复源。展望了棉花远缘质核杂种的应用前景 ,提出种间质核杂种的应用是棉花育种的新途径     

Inheritance of Fertility Restoration for Cytoplasmic Male Sterility in a New Gossypium barbadense Restorer

In order to clarify inheritance mechanism of fertility restoration for cytoplasmic male sterility （CMS） in a new Gossypium barbadense restorer line Hai R which was found in the fertility test crossing of G. hirsutum CMS lines with G. barbadense germplasms. 23 fertility segregation populations of F2 and backcross were used to analyze the inheritance of fertility restoring gene（s） of Hai R. The result showed that Hai R had one major dominant gene （RfB） to control the CMS fertility restoration and this fertility restoration gene functioned at the sporophytic level. The sterile cytoplasm background might not only influence the transmission rate of male gamete but also that of female gamete when the restorer gene was recessive. It could be deduced that this fertility restoration gene might come from G. harknessii cotton, Hai R is of value in the application of cotton interspecific hybrid breeding.     

甘蓝型油菜萝卜细胞质雄性不育恢复材料的创制

【目的】探讨外源萝卜恢复基因的导入途径与筛选方法,转育甘蓝型油菜萝卜细胞质雄性不育（Ogu CMS）恢复材料,为甘蓝型油菜Ogu CMS育种应用创造条件。【方法】以萝-蓝（Raphanobrassica,2n=58）为供体材料,利用嫁接克服远缘杂交生殖障碍导入外源恢复基因,对获得的属间杂种依次进行甘蓝型油菜性状、自（异）交结实性状以及恢复率稳定性状等特征特性强化筛选。【结果】育成一份甘蓝型油菜Ogu CMS纯合恢复材料CLR650,体细胞染色体数目为38-40条,减数分裂过程中部分细胞存在染色体落后及形成染色体桥等异常现象,但细胞异常对花粉正常形成没有明显影响,恢复株自交、测交均为100%可育。以基于Ogu CMS恢复基因（Rf0）设计的特异分子标记进行检测,证明该材料存在Ogu CMS恢复基因。以与之连锁其它萝卜分子标记分析比较,表明其萝卜片段长度短于国外同类恢复系R113。【结论】CLR650的育成为甘蓝型油菜Ogu CMS创制了新型恢复材料。     

甘蓝型油菜polCMS育性恢复位点的全基因组关联分析

【目的】甘蓝型油菜波里马细胞质雄性不育(pol CMS)在中国已被广泛应用于杂交种育种,其育性恢复程度表现出受1对主效基因的控制,并受微效修饰基因的影响。通过全基因组关联分析方法挖掘育性恢复位点,并对候选基因进行比较分析。【方法】通过芸薹属60K SNP芯片对308份甘蓝型油菜自然群体进行基因型分型,并用pol CMS系301A作母本,与上述材料分别进行杂交得到308份F1,每份F-_1分别于2013年和2014年进行种植,每年2次重复,于始花期根据花粉育性和花蕊发育情况调查F1植株的育性等级,同时对测交父本自然群体进行群体结构分析和亲缘关系评估,并结合测交父本的基因型分型结果和F_1的育性等级进行全基因组关联分析(GWAS)。从GWAS分析中显著的SNP左右100 kb区间或与显著SNP处于同一单体型块(R~20.5)的区间内预测候选基因,并对候选基因进行QTL比较分析和单体型或等位基因的效应分析。【结果】方差分析结果显示,两年F_1的育性等级存在显著差异(P0.01),但相关分析发现,两年的育性等级存在显著的正相关(r=0.52,P0.001)。群体结构分析显示,所有测交父本被分为3个亚群(冬性、春性和半冬性),亲缘关系分析发现,任何2个材料之间平均亲缘关系值为0.072,73%的任意材料间亲缘关系值小于0.1,其中,约53%的材料亲缘关系值为0。GWAS分析共检测到13个与育性恢复程度显著关联的SNP,构成了6个候选区间,分别位于A01、A09、C03、C06和C08 5条染色体上,单个SNP解释的表型变异介于2.53%—9.96%。从中共预测到6个与育性恢复位点相关的候选基因,其中4个编码的蛋白含有恢复基因特有的PPR保守基序。共线性分析发现,4个候选基因中的2个(Bna A09g46700D和Bna C08g40710D)位于A09和C08染色体部分同源区间,且与已克隆的pol CMS育性恢复位点ORF2同源。另外2个新鉴定到的候选基因(Bna C03g45840D和Bna C06g13000D)连锁的SNP等位基因或单体型变化都与育性等级显著相关(P0.001)。【结论】通过GWAS分析鉴定到多个与油菜育性恢复有关的候选基因,开发基于与这些基因连锁位点或SNP的功能标记将有助于对该不育系统进行恢复系和保持系的筛选。     

甘蓝型油菜CMS不育系L160A的遗传分析

对新近选育的甘蓝型油菜CMS不育系L160A育性的遗传特点,L160A与pol细胞质不育系和陕2A不育系的关系以及L160A的恢复系L160R-1与恢复系L17C,湖南花叶恢,垦C1恢复基因的等位性进行了分析,结果表明：L160A不育性的遗传由一对隐性基因控制,同时受到其他微效基因的修饰;其恢保关系与pol细胞质不育系L17A,湘矮A和不育系陕2A是一致的,L160A的恢复系L160R-1与L17A的恢复系L17C和湘矮A的恢复系湖南花叶恢的恢复基因是等位的,而与陕2A的恢复系垦C1的恢复基因是否具有等位性,还有待于进一步从分子生物学的角度利用分子标记进行研究。     

两个新选玉米雄性不育材料的初步鉴定和分析

通过不育稳定性、恢复专效性以及分子特异性分析,对两个新选玉米不育材料"R1"和"R2"进行初步鉴定。结果表明,这两个不育材料均为可遗传的细胞质雄性不育,不育性表现稳定,且能被"恢313"保持,被"自凤1"恢复,特异PCR扩增的带型与C组细胞质雄性不育一致。初步判断这两个不育材料均属于C组细胞质雄性不育。但因它们的恢复系和保持系不尽相同,推测可能属于不同的C亚组。根据恢复株自交F2的分离比例,推断"R1"的育性恢复受2对或3对基因控制,而"R2"的育性恢复受1对显性基因控制。     

棉花细胞质雄性不育研究进展

棉花具有十分明显的杂种优势,棉花细胞质雄性不育在棉花杂种优势的利用上具有重要作用。利用棉花细胞质雄性不育和育性恢复系统突破传统人工去雄杂交育种的瓶颈,为棉花杂交种制种的商业化推广展现了光明的前景。综述了近年来棉花细胞质雄性不育在细胞学、生理生化、分子生物学和育性恢复4个方面的研究进展。详细阐明了棉花细胞质雄性不育小孢子败育时期及细胞学形态、生理生化指标研究、胞内基因组和核内恢复基因的分子生物学研究和获得理想恢复系的方法,并提出了研究中存在的主要问题,展望了今后工作的研究方向。     

海岛棉枯萎病抗性遗传规律及分子标记的初步筛选

[目的]研究海岛棉枯萎病抗性遗传规律,并对与枯萎病抗性基因连锁的分子标记进行初步筛选.[方法]以高产、优质、高感枯萎病的海岛棉品种新海21号为母本、高抗枯萎病的海岛棉品系HK237为父本,构建了P_1、P_2、F_1、F_2、F_(2:3)家系、BC_1六个世代群体.在苗期于温室中用人工接菌法对各个世代群体的枯萎病抗性鉴定.[结果]采用BSA法对2 000对SSR引物进行筛选,共获得5对在亲本及抗、感DNA池表现多态性的引物.根据多态性标记对F_2群体基因型鉴定结果结合抗病性表现,利用Mapmaker/Exp(Version3.0b)统计分析软件进行遗传连锁分析.结果表明,标记NAU3240与海岛棉枯萎病抗性位点之间紧密连锁.[结论]海岛棉HK237对枯萎病的抗性遗传受显性单基因控制,表现为质量性状的遗传规律.     

嫁接棉花对棉花黄萎病抗性、产量和纤维品质的影响

【目的】研究嫁接棉花对棉花黄萎病抗性、产量和纤维品质的影响,探索通过嫁接来防治棉花黄萎病的可行性。【方法】选用已明确抗黄萎病的海岛棉Gossypium barbadense L.海7124和Pima90为砧木,以陆地棉G.hirsutum品种湘杂棉21和感病品系冀棉11为接穗,完成4个嫁接组合,将其种植在连作棉田,调查嫁接棉花和非嫁接棉花的棉花黄萎病、产量和纤维品质。【结果】嫁接棉花和接穗对照相比,棉花黄萎病明显减轻,有些嫁接组合的抗病性达到高抗水平。和接穗对照相比,多数嫁接组合的株高和果枝数高于对照,嫁接对多数嫁接组合的现蕾期、开花期、吐絮期、衣分、铃重以及纤维品质的大多指标影响不显著。4个嫁接组合的结铃数/m2、籽棉和皮棉产量均高于各自的接穗对照。【结论】选取合适的砧木和接穗嫁接组合,可以有效地防治棉花黄萎病和提高连作棉田的棉花产量。