棉属野生种克劳茨基棉第7染色体上马克隆值QTL的挖掘与定位

为了深入挖掘和利用棉属野生种克劳茨基棉(Gossypium klotzschianum)的优异等位基因，构建了一个(陆地棉泗棉2号×克劳茨基棉)×泗棉2号的BC₁F₂群体，对纤维品质性状初步定位，单标记相关分析表明位于第7染色体上的SSR标记NAU1362与马克隆值表现极显著相关。进一步选择在第7染色体上含有克劳茨基棉渐渗片段的BC₁F₂单株与轮回亲本泗棉2号回交，构建BC₂F₃和BC₂F₄分离群体，通过两年的田间重复试验验证该QTL的位置与效应。结果表明，该QTL (qFMIC-7-1)在BC₂F₃、BC₂F₄世代均被检测到，位于相同的标记区间，分别可以解释9.0%、8.8%的表型变异，增效基因来源于野生种克劳茨基棉，与BC₁F₂群体定位结果基本一致。同时在第7染色体上检测到另一马克隆值QTL (qFMIC-7-2)，同样在BC₂F₃、BC₂F₄两个世代均能够被检测到，分别可以解释3.7%、4.7%的表型变异，但增效基因均来源于泗棉2号。     

棉花RGAP、DGAP和DDRT标记的定位研究

 根据本实验室已克隆的RGAs和DGAs,设计48条RGAs和4条DGAs特异引物,以“海7124×TM-1”组合的BC₁群体为材料把5个RGAP和2个DGAP标记定位到棉花的染色体上;以一个高抗黄萎病陆地棉品系5026为材料,在接种黄萎病菌后不同时期提取根部RNA,用mRNA差异显示（DDRT-PCR）技术,获得164个差异片段,根据这些片段设计34对DDRT引物。用已构建好的“海7124×军棉1号”组合的F₂群体,将3个RGAP和5个DDRT定位到了相应的染色体上。用Joinmap3.0软件把两张连锁图谱整合为一张图谱,并将这些标记与抗黄萎病QTLs进行连锁分析。     

四倍体栽培棉与二倍体野生棉杂种PMC-FISH研究

 首次将PMC-FISH（花粉母细胞荧光原位杂交）技术应用于四倍体栽培棉与二倍体野生棉杂交所形成的三倍体杂种棉F₁中,成功的鉴定了目标染色体中的单价体、双价体、多价体,还发现在非目标染色体上有星状和片段状的杂交信号。在以A组棉基因组DNA作为探针的PMC-FISH中,分别对三倍体杂种棉F₁及其母本四倍体栽培棉的减数分裂中期I的染色体构型进行了鉴定。结果显示,四个三倍体杂种棉F₁的减数分裂时期染色体的构型分别是：陆地棉(AD)₁×雷蒙德氏棉（D₅）为1IIIaad + 1IIaa + 4IIad + 7IIdd + 5Ⅰa + 7Ⅰd;海岛棉(AD)₂×旱地棉（D₄）为1Ⅴaaaad +1IIIadd + 2IIad + 8IIdd + 6Ⅰa + 5Ⅰd;陆地棉(AD)₁×澳洲棉（C₃）为2IIIadd (adc or acc) + 1IIaa + 9Ⅰa + 4IIcc (dc or dd) + 14Ⅰd (c);陆地棉(AD)₁×南岱华棉（C_1-n）为：1IIaa + 1IIad (ac)+ 10Ⅰa + 6IIcc (dc or dd) + 13Ⅰd (c)。然而,两个四倍体棉染色体的构型都是13IIaa + 13IIdd。上述结果还显示, AD×D的两个杂种组合中,二价体多,单价体少,AD×C的两个杂种组合中,二价体少,单价体多;并且AD×D型杂种中A亚组染色体单体的数目比其在AD×C型杂种中的更少。这说明,与C染色体组相比较,D染色体组与四倍体棉种的亲缘关系更近。同时,我们的结果也证明PMC-FISH技术在分析三倍体杂种棉F1的亲缘关系中起着不可取代的作用。     

中棉所12的黄萎病抗性遗传与育种应用研究

 以2个海岛棉品种和5个陆地棉品种为材料与中棉所12进行正反交,配制14个杂交组合的F₁和F₂ 。采用纸钵育苗,撕底伤根接种方法对14个组合的F₁和F₂群体进行黄萎病抗性鉴定。结果表明,以中棉所12作父本与海岛棉抗黄萎病品种或陆地棉抗黄萎病品种进行杂交,F₂抗（耐）病株与感病株的分离符合3：1的分离规律,说明海岛棉的抗黄萎病性对于中棉所12的耐黄萎病性为显性,中棉所12的耐黄萎病性对于陆地棉的感黄萎病性为显性,控制黄萎病抗性的基因为一个显性主基因。然而,以中棉所12为母本与海岛棉品种、抗病陆地棉品种和感病陆地棉品种进行杂交,F₂群体中90%以上的个体为抗病类型,说明中棉所12的细胞质中存在着抗黄萎病的遗传成分,具有细胞质母体遗传的特点,在棉花抗黄萎病育种中具有重要的利用价值。     

转基因抗虫棉产量相关性状QTL的分子标记及定位

 采用亚洲棉渐渗的纤维强度突出的陆地棉优质新品系0-153与陆地棉转基因抗虫新品系sGK9708为亲本,构建了F₂及F_2∶3分离群体。利用3869对SSR引物筛选亲本,得到125对多态性引物。进一步对183个F₂群体单株分析得到150个多态性标记位点,其中100个标记位点连锁,构建20个连锁群,共覆盖660 cM,占棉花总基因组的14.67%,每个连锁群平均包含5个标记位点,标记间平均相距6.6 cM,其中13个连锁群确定了对应的染色体。利用F₂和F_2:3数据,通过复合区间作图,共检测到28个产量及相关因素的QTLs。这些控制产量性状的QTLs只存在于5个连锁群上,成簇分布。与皮棉产量性状有关的2个QTLs,均与其它多个产量相关性状的QTLs在同一个连锁区段内,增效基因遗传效应方向一致,有必要研究其在标记辅助选择中的效果。本研究没有检测到在多世代表现稳定的QTL。因此,需要培育重组自交系,进一步明确产量性状有关QTL的遗传效应。     

渐渗系IL6的遗传评价和渗入片段的鉴定

 用海岛棉3-79的6号染色体渐渗系(简称IL6)和背景亲本TM-1构建了F₂、F_2：3群体,在2年的田间重复实验中调查了18个重要农艺性状,作遗传评价。并获得F₂群体的分子数据,进行QTL定位和单标记分析。结果表明:亲本IL6中的渐渗片段,组成有3-79的6号染色体,3-79的非6号染色体和大部分的TM-1片段。IL6的产量、品质性状都优于受体亲本TM-1,遗传分析也发现产量、品质性状增效基因位点来自IL6,说明所渗入片段起着关键作用。亲本农艺性状表现和遗传分析结果表明,IL6渗入片段含有总铃数、单株铃数、衣分、果枝数、比强度、麦克隆值等性状的主基因。而QTL定位和单标记分析结果显示,IL6渗入片段含有单株铃数、衣分、果枝数、株高、子指、整齐度等性状的QTLs。     

3个黄褐棉近等基因系的选择及评价

为了发掘利用黄褐棉的优异基因并用以改良陆地棉纤维品质,通过陆地棉与黄褐棉种间杂交构建了一套回交高世代群体,通过标记辅助选择及纤维品质鉴定选出3个近等基因系。结果表明,所选的近等基因系遗传背景与陆地棉亲本基本相同,仅在少数几条染色体上具备黄褐棉渐渗片段,这些渐渗片段主要集中分布于1号、14号以及19号染色体。3个近等基因系的纤维强度表现突出,纤维细度优良,有望通过精细定位发现控制纤维强度及麦克隆值的QTL,同时这3个近等基因系可以作为种质资源供纤维强度和细度改良育种应用。     

棉花纤维长度主效QTLs的分子标记辅助选择及聚合效果研究

 以2个品种（系）TG41和sGK156以及3个纤维品质优异的种质系7235、HS427-10和0-153为亲本,配制了(sGK156×HS427-10)×(0-153×7235)、(TG41×HS427-10)×(0-153×7235)[JP]和(sGK156×0-153)×(sGK156×HS427-10) 3套组合的双交F₁及F₂群体,利用3个纤维长度不同QTLs相关的SSR标记进行辅助选择。结果,用3个标记分别进行单标记辅助选择时,有/无标记单株平均纤维长度之间的差异在3个群体的F₁世代中都可以达到显著或极显著水平,并且在F₂世代株行中也表现出一定差异,可以稳定表达。当用2个或3个标记同时进行聚合选择时,随着聚合到QTL个数的增多,单株平均纤维长度值增大,选择效果越来越好,但在不同群体中表现有差异。可见,用分子标记辅助选择的方法对棉花纤维长度进行改良是有效的,聚合多个QTLs时,可以达到更好的效果。有必要培育多个基因聚合并纯合的高代重组自交系材料,进一步研究多基因聚合的遗传效应。     

棉花纤维特异/优势表达基因的染色体定位

 棉纤维是研究植物细胞伸长和细胞壁建成以及纤维素生物合成的优良模型,迄今为止,已经分离了许多纤维特异/优势表达的基因。为了便于这些基因的图位克隆使其能够应用于棉花纤维品质的改良中,本研究采用分离群体定位法和Blast分析法对这些基因进行染色体定位。利用陆地棉、海岛棉BC₁种间分离群体,将GhCFE定位在第6染色体,GhGLP1-250定位在第19染色体。Blast分析将11个基因定位到棉花染色体上。这些基因与棉纤维的伸长和细胞壁的合成相关,与这些基因连锁标记的获得有助于棉花纤维长度和强度的分子标记辅助选择。     

陆地棉染色质在海岛棉种质中的分布植物渐渗育种的分子分析

陆地棉染色质在海岛棉种质中的分布植物渐渗育种的分子分析①在主要农作物中，棉花存在两个互交可育的广泛栽培种并利用共同的经济作物棉纤维。历史上的许多证据和经典遗传学研究都暗示许多改良后的海岛棉品种（如ＳｅａＩｓｌａｎｄ棉，Ｅ－ｇｙｐｔｉａｎ棉，Ｐｉｍａ棉...     

野生棉与陆地棉异源四倍体的合成与性状鉴定

棉属具有丰富的种质资源,将抗病性从野生棉转移到陆地棉中,以此提高陆地棉抗病性是一条理想的育种途经。本研究通过陆地棉和C组野生澳洲棉远缘杂交获得杂种F1,对其进行染色体加倍,将加倍的异源六倍体再与B组野生绿顶棉杂交,产生陆地棉、澳洲棉、绿顶棉的异源四倍体杂种。异源四倍体杂种继承了亲本的部分性状,同时也产生了如蔓生等特异性状;该杂种减数分裂后期染色体不能均等分离,四分体时期有多分体和微核出现;SSR结果发现,该杂种不仅具有三个亲本的特征条带,并且产生了新的重组成分。本研究不仅为该异源四倍体杂种不育提供了直接原因,也为进一步探讨有效的育性恢复方法及棉花新种质创制提供了依据,同时为利用野生棉资源控制棉花黄萎病育种探索培育了中间材料。     

棉花优异品质及抗性基因挖掘与分子育种

棉花品质、产量、抗性等均是多基因控制的数量性状,其表现型受基因型和环境的共同影响,且纤维品质和产量性状之间存在较大的负相关,采用常规育种手段实现棉花纤维品质与产量的同步改良具难度很大,针对棉花品质、产量、抗性等性状形成的遗传基础这一关键科学问题,棉花品种分子设计研究团队以陆陆种内分离群体、陆海种间分离群体等材料,交叉利用分子数量遗传学、功能基因组学和分子育种学等研究手段,在陆地棉优质品质及抗性基因挖掘、海岛棉优质品质及抗性基因挖掘以及分子标记辅助方法开发及棉花新品种培育等方面取得了一系列研究成果。为棉花品质、产量、抗性性状形成的同步改良奠定了重要基础。     

Alien chromosome transmission and somatic elimination in monosomic addition lines of Gossypium australe F. Muell in G. hirsutum L.

The efficiency of using monosomic alien addition lines (MAALs) to introgress agronomical traits of interest carried by wild diploid Gossypium species into the main cultivated cotton species G. hirsutum depends on the opportunities of confronting the alien chromosome with the recipient background genome at each generation and on the occurrence of translocations and homoeologous recombinations. The selfed-progeny of five MAALs of G. australe in G. hirsutum was screened with SSR markers to determine the transmission frequency of the alien chromosome and monitor its integrity. Three MAALs revealed a transmission frequency significantly lower than the expected ratio and one MAAL presented an exclusive transmission of the additional chromosome. In these four MAAL the alien chromosome was transmitted almost unaltered. With the fifth MAAL the alien chromosome was normally transmitted but was altered in half of the plants carrying it. In one MAAL, normally carrying brown fiber, the emergence of some plants carrying white and brown fiber revealed the somatic elimination of the additional chromosome. The loss of this chromosome seems to be triggered by its deletion.     

棉属种间杂交基因渐渗系SSR标记及其表型性状的聚类分析

利用37对多态性SSR引物和15个表型性状对155份棉属种间杂交基因渐渗系及其10份陆地棉亲本进行了聚类分析。用37对SSR引物共扩增出108条带,多态性条带占85.2％。种质间成对相似系数平均值为0.6791,范围为0.4762~1.000。建立了165个陆地棉材料的SSR聚类图,共聚为4个类群,分别为法国种质群、美国AcalaSJ系列种质群、美国PD种     

棉花细胞工程及新种质创造

针对我国棉花育种资源缺乏问题,从细胞工程角度开展了棉花资源创新工作,本文从多个方面介绍了华中农业大学在棉花细胞工程方面的研究工作,包括国际上首次从野生棉获得再生植株,获得栽培棉种和野生棉种之间的体细胞杂种植株,对杂种进行了广泛的验证和评价。     

利用SSCP技术分析棉花纤维差异表达的基因

 单链构象多态性(Single strand conformation polymorphism,SSCP)技术是一种简便、灵敏的多态性检测方法,可以检测出在非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳中因构象差异而导致的单链DNA片段迁移率的不同。本研究根据棉花基因芯片筛选的纤维发育中差异表达基因设计了162对引物,利用SSCP技术在4个陆地棉品种、4个海岛棉品种中进行多态性检测。结果表明,在162对引物中,146对引物经PCR扩增后在1.5%的琼脂糖凝胶电泳中检测出现清晰、明亮的带。经过SSCP分析,54对引物在陆地棉之间产生多态性,共出现116个多态性位点;45 对引物在海岛棉之间产生多态性,共出现111个多态性位点;79对引物在陆地棉和海岛棉之间产生多态性,共出现260个多态性位点;36对引物在陆地棉之间、海岛棉之间同时出现多态性。进一步聚类分析后表明,海岛棉和陆地棉分别聚在了一起。     

基于陆地棉背景的海岛棉染色体片段导入系产量性状QTL定位

棉花产量分为籽棉产量和皮棉产量,其中高皮棉产量总是育种的首要目标。皮棉产量由单株铃数、衣分、单铃重等因素组成。其中衣分在各因素中的遗传率最高,同时也是产量育种中重要的选择指标。育种中利用分离群体对单株铃数、铃重等产量性状选择受环境影响较大。利用染色体片段导入系进行铃数、铃重等产量性状的定位,定向改良产量性状,是棉花分子设计育种的有效方法。本研究利用陆地棉TM-1为轮回亲本和海岛棉海7124为非轮回亲本构建了一套陆地棉背景的染色体片段导入系,并在7个环境的田间试验下,鉴定了它们的产量表现,定位了28个与单株铃数、铃重、衣分和籽指相关的QTL。其中,在Dt亚组染色体上鉴定出的产量性状QTL多于在At亚组染色体上鉴定出的。28个QTL中,加性效应为正的16个,加性效应为负的12个,表明海岛棉不同的导入片段效应不同,有的片段可以提高陆地棉产量,有的则降低陆地棉产量。在6个环境下,导入系IL008(特征标记NAU2573和NAU3576)的衣分均显著高于轮回亲本TM-1,因此IL008可以应用于棉花分子育种,定向改良陆地棉的衣分。     

陆地棉背景下海岛棉第18染色体片段置换系的培育及相关农艺性状QTL定位

Sub18是以陆地棉遗传标准系TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体的置换系材料。本研究以TM-1为受体亲本, 置换系Sub18为供体亲本, 借助分子标记辅助选择技术培育了一套以TM-1为背景, 含海岛棉3-79第18染色体不同长度片段的置换系。这套置换系由45个株系构成, 共78个置换片段。其中27个株系导入单片段, 占总株系的60%; 9个株系导入2个片段, 占20%; 9个株系导入3个及以上片段, 占20%。导入片段总长度为467.6 cM, 约为该染色体遗传长度的4倍, 每个株系内被替换的染色体片段长度不完全相同, 平均遗传长度为5.99 cM, 最短的为0.9 cM, 最长的20.35 cM。其中13个株系表现开放花蕾性状, 涉及的最短导入片段长5.05 cM。对TM-1、Sub18以及培育的45个导入系进行农艺性状调查和QTL联合定位分析, 鉴定出纤维强度(qFS-C18-1)、整齐度(qFU-C18-1)、马克隆值(qFMi-C18-1)、成熟度(qFMa-C18-1)、皮棉重(qLW-C18-1)、籽指 (qSI-C18-1)和衣分 (qLP-C18-1) 7个加性QTL和5个上位性效应QTL。研究结果为进一步精细定位目标QTL、克隆QTL以及重要性状分子设计育种奠定了基础。     

利用SSR分析四倍体棉种多态性

利用SSR标记对60份四倍体棉种材料进行遗传多样性分析,其中包括42份陆地棉野生种系。结果显示, 从1 050对SSR引物筛选出的95对SSR引物均能在60份材料间扩增出稳定明显的多态性条带,共检测出660个片段,其中多态性片段584个,占88.5%。每个位点的等位基因为2~12个,平均每对引物6.1个。UPGMA聚类分析显示, 42份材料的相似性系数(GS)在0.306~1.000之间,平均成对相似系数为0.493。95对引物的多态信息含量(PIC)的变幅为0.278~0.905,基因多样性(H¢)的变幅为0.451~2.451, 有效等位基因数(Ne)在1.385~10.490之间变动。SSR标记在陆地棉野生种系及四倍体棉种间均可反映丰富的遗传多样性信息,其中陆地棉与陆地棉野生种系中阔叶棉的亲缘关系最近,海岛棉和达尔文棉的亲缘关系非常相近,黄褐棉和毛棉相对较近,陆地棉与其他4个棉种的亲缘关系最远。