棉属多倍化研究进展

多倍化在许多植物的物种形成及其随后的进化过程中发挥了关键作用。棉花是一个大属,一些棉种的起源发生过多倍体化,部分二倍体种是染色体二倍化的多倍体,比克氏棉最典型,拟似棉最复杂,还有D基因组的旱地棉和B基因组的3个种。陆地棉等5个异源四倍体种是多倍体化典型,是由A与D基因组近似的祖先种经过杂交和染色体加倍的双二倍体。它们的D亚组供体亲本种,前人认同的是雷蒙德氏棉,然而近期荧光原位杂交和叶绿体基因组学研究,提出了雷蒙德氏棉可能不是陆地棉亲本种的观点。四倍体棉种形成的多倍体化过程有多种推论,较为共识的时期是中更新世,结合近期包括叶绿体在内的基因组学的研究支持中更新世或更后些时候。荧光原位杂交、包括叶绿体在内的基因组学将为棉花多倍化分析提供更多的证据。     

棉花染色体工程育种

用染色体工程技术将G染色体组的野生二倍体比克氏棉种与A染色体组的栽培二倍体亚洲棉种合成 [AG]复合染色体组亚比棉 ,再与 [AD]复合染色体组的陆地棉种、海岛棉种组合成 [A、D、G]三个染色体组的异源四倍体 ,拓宽了棉属遗传资源 ,为选育具有突破性状的棉花新品种创造培育出了新种质 ,并探索出棉属种间基因转育的创新技术。     

棉属AADD异源四倍体后代筛选及性状鉴定

[目的]棉属异源四倍体棉种的起源是棉属进化研究的热点,本研究模拟自然界异源四倍体棉种形成过程,以草棉作母本,野生雷蒙德氏棉作父本进行远缘杂交,获得杂种F1,然后采用秋水仙碱对杂种进行染色体加倍,合成人工异源四倍体,旨在探究人工异源四倍体物种形成后的遗传规律。[方法]进行形态性状鉴定和流式细胞检测,以及细胞遗传学和分子水平鉴定。[结果]形态性状分析表明：多倍体植株叶片形状与母本相似,叶片大小介于两亲本之间。流式细胞检测结果表明：对照陆地棉的荧光峰值为215.94,所选5株多倍体植株荧光峰值在195.52与258.46之间,与陆地棉接近。细胞遗传学鉴定表明：人工异源四倍体S2代正常四分体比例为23.4%,S3代正常四分体比例为44.8%;S2代正常花粉粒比例为55.4%,S3代正常花粉粒比例为64.4%。SRAP分子标记分析说明：人工异源四倍体不仅扩增出与陆地棉和草棉相同的条带,还扩增出特异性条带,其遗传比例分别为46%、31%和23%。[结论]本研究结果证明了人工合成多倍体的真实性以及多倍体育性在逐代恢复,并且表明多倍体在分子水平上出现了染色体重排,和陆地棉具有一定的同源性。     

棉属异源四倍体杂种性状研究

采用人工合成亚比棉(A2G1)的双二倍体为母本,以[AD]复合染色体组的[陆地棉(AD)1×黄褐棉(AD)4]为父本.杂交后获得棉属A、D、G三染色体组的1个四元杂交种A2G1×[(AD)1×(AD)4],并对其F1植株形态特征、花粉粒生活力及色素腺体的分布进行观察研究,其F1植株具有两亲本的一些形态特征,如叶片、花器等;也有超亲本性状出现如腺体、叶片6裂等。但该四元杂种花粉高度不育,目前正在进行染色体加倍技术及回交,以便克服四元杂交种不育的困难。     

棉花β-tubulin基因家族的鉴定及其在纤维发育中的表达

【目的】β-微管蛋白是棉纤维细胞形态建成的基本结构单位，在纤维发育过程中具有重要作用。通过鉴定棉花β-tubulin基因家族成员，并进行生物信息学和表达模式分析，为深入探究β-tubulin基因在棉花纤维发育中的作用提供理论依据。【方法】利用BLAST方法，在4个棉种基因组中鉴定β-tubulin基因家族成员，并结合ProtParam tool分析理化性质、MEGA7.0构建系统进化树、Mapchart2.2绘制染色体定位图、MEME分析保守基序、PlantCARE分析启动子顺式作用元件；根据39个材料发育纤维转录组数据分析陆地棉β-tubulin基因家族的表达水平，并利用Spearman相关性分析鉴定影响纤维品质性状形成的β-tubulin基因。【结果】在陆地棉（Gossypium hirsutum,AD1）、海岛棉（Gossypium barbadense,AD2）、亚洲棉（Gossypium arboretum,A2）和雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii,D5）基因组中分别鉴定到36、37、19和18个β-tubulin基因，且在四倍体棉种中的数目约是二倍体棉种数...     

三个棉花种间杂种F_1的细胞学研究

本研究分析了亚洲棉(Gossypium arboreum L.,2n=26,A2)×司笃克氏棉(G.stocksii Mast.in Hook..2n=26,E_1)、陆地棉(G.hirsutum L.,2n=52,(AD)1)×异常棉(G.anomalum Wawra.& Peyer.,2n;=26,B1)和陆地棉×雷蒙德氏棉(G.raimondii Ulbr.,2n=26,Ds)3个种间杂种F_1花粉母细胞减数分裂时的染色体行为;并观测了杂种F_1的花粉粒大小和生活力。结果表明,在种间杂种F_1花粉母细胞减数分裂的四分体形成时期,常出现一些多分孢子和微核.杂种F_1的花粉生活力和发芽率都显著地低于双亲。3个种间杂种F_1减数分裂中期Ⅰ所表现的染色体构型各不相同,亚洲棉×司笃克氏棉F_1为12.40 Ⅰ+5.50 Ⅱ+0.45 Ⅲ+0.32 Ⅳ,陆地棉×异常棉F_1为25.59Ⅰ+5.81Ⅱ+0.2 Ⅲ+0.27Ⅳ,陆地棉×雷蒙德氏棉F_1为12.44Ⅰ+12.17Ⅱ+0.37Ⅲ+0.27Ⅳ。根据各杂交组合染色体配对的表现,讨论了这些棉种间的亲缘关系和棉花种间杂种的利用问题。     

普通小麦与沙生冰草、根茎冰草属间杂种的产生及其细胞遗传学研究

 通过幼胚拯救，首次获得了普通小麦与沙生冰草、根茎冰草两组合的属间杂种。在幼胚拯救时发现，无盾片的幼胚是不能产生杂种苗的。对获得的两组合杂种植株进行了壮苗和破蘖培养繁苗，使来自同一胚的杂种植株数目增加。在获得的F#-1杂种中，幼苗形态和穗型似普通小麦栽培种。在花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ，中国春×沙生冰草、根茎冰草两组合杂种F#-1的染色体配对频率远远超出了期望值。对杂种F#-1用四倍体和六倍体小麦回交，都能很容易获得种子，平均结实率都在15%以上。特别值得注意的是两组合的属间杂种均具有自交可育性，自交结实率分别为0.46%和0.15%。文章讨论了：⒈杂交成功的经验；⒉P与A、B、D染色体组间特殊遗传关系的理论分析；⒊F#-1自交结实的原因；⒋壮苗培养和破蘖培养繁苗在小麦远缘杂交中的重要作用。小麦属与冰草属间自交和回交后代的首次获得，在理论上对前人所认为的P染色体组在小麦族中的高度独立遗传性，提供了直接的相反证据；在实践上，使产生异源附加系、代换系甚至易位系、进而为利用P染色体组中的期望基因变得相对的容易。     

海岛棉基于双色FISH的核型分析

以45S r DNA作探针对海岛棉体细胞中期染色体进行荧光原位杂交(Fluorescence in situ Hybridization,FISH),检测出6个强的荧光信号(4大2小),结合DAPI图像观察发现信号分布在各自染色体随体位置,称为NOR(Nucleolar Organizer Region)信号。以二倍体A基因组棉种亚洲棉基因组DNA(g DNA)为探针对海岛棉进行FISH,结果发现52条染色体中有无杂交信号的各占一半,荧光信号分布在较长的A亚组染色体上,直接区分开海岛棉A、D亚组染色体,直观证实了海岛棉的异源双二倍体起源。以45S r DNA和A组棉种亚洲棉g DNA作探针对海岛棉进行双色FISH时,结果发现海岛棉染色体上既检测到了6个强的NOR信号又检测出了g DNA杂交信号,且清楚观察到2个NOR信号分布在A亚组上,另4个在D亚组上。基于该双色FISH图像的核型分析表明,海岛棉的核型公式为:2n=4x=52=40m(2 SAT)+12sm(4 SAT),属于2A类型,且有3对随体,其中1对定位于A9号染色体,属于中部着丝点(m)类型;另2对分别定位于D8和D12号染色体上,属于近中部着丝点(sm)类型;且发现海岛棉A亚组染色体的相对长度的并非全部大于D亚组,两亚组染色体间在长度上存在交叉,说明基于FISH的核型分析比传统方法更为准确。     

海岛棉基于双色FISH的核型分析

以45S r DNA作探针对海岛棉体细胞中期染色体进行荧光原位杂交(Fluorescence in situ Hybridization,FISH),检测出6个强的荧光信号(4大2小),结合DAPI图像观察发现信号分布在各自染色体随体位置,称为NOR(Nucleolar Organizer Region)信号。以二倍体A基因组棉种亚洲棉基因组DNA(g DNA)为探针对海岛棉进行FISH,结果发现52条染色体中有无杂交信号的各占一半,荧光信号分布在较长的A亚组染色体上,直接区分开海岛棉A、D亚组染色体,直观证实了海岛棉的异源双二倍体起源。以45S r DNA和A组棉种亚洲棉g DNA作探针对海岛棉进行双色FISH时,结果发现海岛棉染色体上既检测到了6个强的NOR信号又检测出了g DNA杂交信号,且清楚观察到2个NOR信号分布在A亚组上,另4个在D亚组上。基于该双色FISH图像的核型分析表明,海岛棉的核型公式为:2n=4x=52=40m(2 SAT)+12sm(4 SAT),属于2A类型,且有3对随体,其中1对定位于A9号染色体,属于中部着丝点(m)类型;另2对分别定位于D8和D12号染色体上,属于近中部着丝点(sm)类型;且发现海岛棉A亚组染色体的相对长度的并非全部大于D亚组,两亚组染色体间在长度上存在交叉,说明基于FISH的核型分析比传统方法更为准确。     

棉花四元杂种[(亚×比)×(陆×夏)]F_1的性状遗传及细胞学研究

对棉属A ,D ,G 3个染色体组合成的四元杂种 [(亚×比 )× (陆×夏 ) ]F1的植物形态性状和花粉母细胞减数分裂染色体行为进行了观察。结果表明 ,杂种F1变化最大的是花器 ,遗传了比克氏棉的红花基部有紫红大斑的性状 ;减数分裂染色体的构型为 2n =52 =35.62Ⅰ +6.13Ⅱ +0 .38Ⅲ+0 .12Ⅳ ,并且染色体在后期Ⅰ向两极分开的时候 ,出现了染色体“桥’