“十五”国家科技攻关棉花优异创新种质简介

"十五"国家科技攻关"棉花基因资源保护与种质创新利用研究"子课题,通过多个单位20多名科技人员的联合攻关,在加强原始创新的基础上,利用基因转导技术、原子能诱变、远缘杂交、分子标记辅助选择、复合杂交与南北加代有机结合,创造了具有优质、大铃、抗病虫、抗逆、棕色纤维等性状中至少2个优异性状聚合的多份棉花优异新种质.     

棉纤维伸长阶段上下调基因及相关通路的分析

棉花纤维细胞是研究细胞发育机制的理想材料，陆地棉Ligon lintless(Li₁)是单基因显性超短纤维突变体, 其性状表现为长纤维极度缩短，分离得到的野生型(li₁)纤维发育正常。本实验通过cDNA芯片的方法对两个材料进行比较分析，采集开花前1 d到开花后7 d即–1 DPA ~ +7 DPA (day post anthesis)材料，检测到多个上调和下调基因，选择两个基因(CIPK和XET)进行RT-PCR和qRT-PCR的芯片验证。应用MAS (molecular analysis system)系统进行GO功能注释和Pathway的分析表明，这些差异表达基因参与脂肪酸代谢(fatty acid metabolism)，甘油脂代谢(glycerolipid metabolism)以及碳固定(reductive carboxylate cycle)等多个代谢途径。这些基因在突变体Li₁中的异常表达可能导致细胞中脂肪酸和脂肪含量变化，影响棉纤维细胞的正常发育。     

中国棉花种质资源的收集与保存

一百多年来,我国已从53个产棉国引入国外棉花种质资源100次以上,引入种质2222份,其中,陆地棉2013 份,海岛棉209 份,引种种质份数最多的5个国家是美国、前苏联、澳大利亚、巴基斯坦、埃及.迄今为止,中国农业科学院棉花研究所共收集到国内外陆地棉6822份、陆地棉野生种系350份、海岛棉585份、亚洲棉378份、草棉17份、多年生野生棉41份,合计8193份,我国棉花种质资源的保存数量稳居世界第4位.这些种质资源分别保存在北京国家长期库、青海省复库和安阳中期库,野生棉保存在海南岛棉花种植圃.同时,也建立了较为完善的棉花种质资源数据库系统.近20年来,向9个国家和我国23个省(市)发放棉花种质资源10855 份次.     

棉花胚珠蛋白三氯乙酸丙酮法与酚抽提法的比较分析

以亚洲棉（Gossypium arboreum）DPL971及DPL972初生壁合成期的胚珠为材料，通过蛋白质产率、纯度测定以及凝胶电泳图谱对三氯乙酸丙酮沉淀法和酚抽提法进行了比较分析，结果表明：1.两种方法均能获得大量的可溶性蛋白，但是酚抽提法获得的蛋白产率高、质量好、种类多；2.两种方法提取的蛋白种类有所不同，但酚抽提法在酸性区域以及对高分子量和低分子量蛋白的提取有更好的表现；3.酚抽提法可以更加有效地清除干扰物质，获得高质量的凝胶图谱，适合棉胚珠组织蛋白的提取。实验为棉纤维发育期蛋白质组学的研究提供了参考，同时对包含多种干扰物质的其它非模式植物蛋白提取也具有一定的借鉴意义。     

棉纤维发育突变体胚珠全蛋白及种子水溶性蛋白SDS凝胶电泳分析

 利用饱和酚法提取了棉纤维发育突变体胚珠的全蛋白以及种子水溶性蛋白,比较分析了不同发育时期棉花胚珠蛋白含量的变化。通过对野生型和纤维突变体全蛋白的SDS凝胶电泳图谱的比较分析,在二倍体棉种的突变体及其野生型间找到了三条可能与表皮细胞分化相关的差异蛋白条带,在种子水溶性蛋白中则发现了五条差异条带,为进一步研究与棉纤维分化相关的分子机制提供了参考。     

陆地棉亲本间遗传距离与杂种优势的相关性研究

【目的】通过1 500个陆地棉杂交组合分析杂种优势与其亲本间数量性状遗传距离的相关性,探讨能否利用大规模杂交组合亲本间遗传距离提高陆地棉杂种优势预测效果,以期为棉花杂交育种和杂种优势利用提供理论指导。【方法】选择来自15个国家和中国23个省（市）的305份陆地棉核心种质为亲本,采用L×T（Line×Tester）杂交设计配制1 500个杂交组合。2012—2013年,在中国南北方13个生态环境下考察其株高、单铃重、衣分、纤维长度等10个产量和纤维品质相关性状,分析F₁杂种优势、亲本间遗传距离和群体结构,并采用4种方式（Cor1—Cor4）计算遗传距离与杂种优势的相关性。【结果】10个性状中亲优势（MPH）均值的变幅为1.70%—7.40%,平均为4.36%,按父本不同将F₁分成5组（A,E）,其MPH均值A>E>B>C>D;超亲优势（HB）均值的变幅为-4.17%—1.87%,平均为-0.17%,A、B和E组的HB均值皆为正。10个性状在5组中除D、E组的马克隆值之外,其他性状普遍具有明显的中亲优势,其中,单铃重和纤维长度的中亲优势在5组中均以正优势为主（达80%以上）,最大值分别为34.01%和9.83%,对应的超亲优势分别为24.25%和5.80%。F₁和亲本差异显著性分析表明单铃重、株高、纤维长度、伸长率和整齐度指数整体表现出一定的超亲优势。父本（测试种）与300个母本之间的遗传距离介于2.280—61.430,平均为21.550,5个测试种与母本间的平均遗传距离D>C>E>A>B,其中,最近值为11.721,最远值为33.271。按最小方差聚类,将305个陆地棉亲本划分为2个主群,包括5个亚群。4种遗传距离与杂种优势的相关性分析结果显示,因样本量、遗传距离变幅和父本不同其结果有所差异,相关性随样本量的增大而有所增强。其中,Cor1是Cor2结果的整体体现;Cor3与Cor1和Cor2相比,部分性状的中亲优势与遗传距离的相关性有所不同;Cor4的相关性最弱。综合来看,遗传距离与衣分、断裂比强度、整齐度指数和纺纱均匀性指数的中亲优势呈显著正相关,遗传距离与其他性状的中亲优势的相关性因采用的分析方案不同,结果有所不同;在4种方案中,除整齐度指数外,遗传距离与超亲优势的相关性整体表现负相关。其中,遗传距离与马克隆值、纤维长度和衣分的超亲优势相关性较强。【结论】陆地棉亲本间数量性状遗传距离与杂种优势有一定的线性关系,不同性状的杂种优势与遗传距离的相关性存在正负和强弱差异,且样本量越大相关性越强。说明基于大规模杂交组合研究陆地棉亲本间遗传距离与杂种优势的关系效果显著。     

棉花不同铃重类型种质主要纤维性状遗传及其变异

以中棉所48的母本S9708与不同铃重大小的父本杂交,配置6个F2群体,采用SAS 8.0软件对各组合亲本、F1和F2的铃重和衣分及纤维品质等数量性状进行统计分析。结果表明:在所有F2群体中纤维性状都有极显著差异。铃重和麦克隆值的变异系数较大,其次是衣分和纤维强度,而纤维长度、伸长率和整齐度变异系数较小。在杂交早代群体中,仍然表现亲本的铃大、衣分高、纤维长、强度高、整齐度好等优良特性。这表明,在杂种优势利用选择亲本时,选择大铃、高衣分、优质纤维材料仍较为重要。     

陆地棉棕色纤维色泽的遗传效应

以2个棕色和3个白色纤维陆地棉做完全双列杂交,分析陆地棉棕色纤维的遗传效应、长绒与短绒的遗传相关及F1的色泽差异。用扫描仪获取长绒和短绒图像,利用Photoshop 9.0获取图像RGB信息、量化纤维色泽。按照QGAStation软件中的ADM和AD模型,采用MINQUE法分析,调整无偏预测法(AUP)预测各遗传效应值。结果表明,棕色棉的长绒和短绒的遗传规律一致,其加性和显性遗传方差均极显著,其中,长绒的加性遗传方差比率为0.8501,约为显性遗传方差比率的6倍,短绒的加性遗传方差比率为0.8726,约为显性遗传方差比率的8倍;相关分析显示长绒和短绒的基因型和表现型均达显著相关,基因型相关系数达0.9935;5个亲本加性效应均不相同,但均达极显著水平,其中,棕色棉为正效应,白色棉为负效应。说明棕色纤维陆地棉的长绒和短绒色泽的遗传变异主要来自加性和显性效应,其中加性效应起主导作用;长绒和短绒的色泽遗传存在连锁和互作;因不同品种(系)的加性效应大小不同,造成不同F1纤维色泽的表现差异。     

陆地棉矮化突变体Ari1327的矮化机理研究

 Ari1327是从美国引进的陆地棉种质Ari971经⁶⁰Coγ射线照射后得到的一个新型矮化突变体。Ari1327在萌发期和子叶期就表现出矮化性状。在现蕾期,突变体的株高、节间数和节间平均长度均小于野生型,差异达到极显著水平,节间平均长度的缩短导致了突变体株高的降低。突变体主茎节间纵向细胞的长度要显著小于野生型,横向细胞的直径与野生型差异不显著,节间细胞伸长受抑制导致了突变体节间平均长度的缩短。突变体中IAA、GA₃和ABA 含量高于野生型,外施GA₃能使其株高恢复至野生型水平,外施BR和IAA不能使其株高恢复到正常水平,较低浓度的IAA对突变体的株高和节间长度就开始产生抑制作用。突变可能导致了IAA合成相关基因的过量表达,突变体内源IAA含量急剧升高而抑制了植株生长,使株高降低。     

中棉所48的SSR数字指纹图谱的构建

利用25对核心引物对中棉所48及其亲本进行多态性检测,共有16对引物在2个亲本间具有多态性,其中,有14对引物在两亲本间扩增出大小不同的带,且这些标记位点在F1中均表现为杂合带,为共显性标记;另外2个引物的F1带型与母本或父本一致,为显性标记。以这25对引物在不同材料间扩增得到的01(二进制)数据转换成十进制数据,构建了中棉所48的数字指纹图谱,为杂交种的真伪鉴定和纯度检测提供了方法。为了构建准确、稳定和实用的棉花DNA指纹图谱,指出了需要规范分子标记类型和数量,DNA、Taq酶等试剂数量和质量,统一PCR反应,电泳和染色条件,统一提供标准品种和标准DNA,标准化电泳条带的识别、数据处理方式和编码方式。