陆地棉与澳洲棉染色体易位系的创制与特异种质创新

Gossypium australe possesses many desirable traits, such as resistance to pest insects (aphids and mites) and diseases (Fusarium and Verticillium wilts) and delayed pigment development, but it is very hard to transfer these traits into cultivated upland cotton through gene recombination due to no pairing and crossover between chromosomes of G. australe and G. hirsutum. One strategy of gene transfer by chromosome translocation has been proved viable for transferring favorable genes into cultivated species in wheat and other cereals. In this project, chromosome translocation will be induced between chromosomes of G. australe and G. hirsutum using chromosome addition lines and pentaploid of G. hirsutum-G. australe as paternal parents radiated by 60Co γ-ray treatment at different dosags. Whether translocations occur, translocation chromosomes involved falling into upland cotton and G. australe will be characterized by GISH, BAC-FISH and SSR marker analysis, respectively. Thereafter, translocation lines obtained will be evaluated on favorable traits (delayed development pigment and resistances to pest insects and diseases) from G. austral for developing new germplasm and genomic research on G. australe. Finally, the methodology will be pursued to develop massively translocation lines between upland and wild diploid cotton species for broadening genetic bases of cultivated cotton.

澳洲棉具有抗棉蚜和红蜘蛛，抗枯黄萎病，种子腺体延缓发生等优异性状，由于亲缘关系较远，引入的澳洲棉染色体与陆地棉染色体一般不发生配对、交换，难以通过基因重组来实现遗传物质的转移，一种切实可行的策略是通过陆地棉-澳洲棉染色体易位将有利基因导入。本项目以培育获得的陆地棉-澳洲棉染色体附加系、五倍体等为材料，采用最佳剂量的60Co γ-射线辐射处理花粉，诱导染色体易位。经基因组原位杂交（GISH）鉴定陆地棉-澳洲棉染色体是否发生易位及所涉及的陆地棉染色体亚组；通过陆地棉染色体特异BAC克隆进行BAC-FISH分析，明确易位所涉及的陆地棉染色体；利用澳洲棉染色体特异SSR分子标记鉴定，明确易位所涉及的澳洲棉染色体。对易位系开展抗黄萎病性等农艺性状评价，培育出具有澳洲棉优异性状的新种质，为澳洲棉基因组研究提供基础材料；建立一套陆地棉-野生棉易位系的培育体系，为广泛利用二倍体野生棉基因资源提供技术支撑。

澳洲棉对枯、黄萎病均表现高抗，抗病性远强于海岛棉和陆地棉，是棉花抗病育种的重要基因资源，由于它与四倍体栽培棉的亲缘关系远，存在强烈种间隔离，与栽培棉染色体很少发生重组，因此长期以来该棉种的高抗黄萎病等优异基因一直未能得到有效利用。本课题研究通过将辐照诱变、分子细胞遗传学、分子标记鉴定与辅助选择有机结合，创立了陆地棉—澳洲棉染色体易位系的创造与鉴定技术体系，这在棉花研究中鲜见报道。这一研究也为创造陆地棉—野生棉染色体易位系提供了新的思路和技术途径。.本研究共获得陆地棉—澳洲棉染色体易位系27个，易位发生率为2.8%，涉及澳洲棉的染色体分别为2G、3G、4G、6G、7G、8G、12G等7条染色体。研究发现它们主要与陆地棉的A染色体亚组发生易位，这可能与A亚组的染色体较大有关，没有发现与D亚组易位现象。关于与澳洲棉8G染色体易位的陆地棉，已排除了陆地棉A亚组的第1、3、4、7、9、13号等6条整条染色体与易位有关，也排除陆地棉A亚组的第2、6、8、10、11、12等6条染色体的一个臂与易位有关。研究还发现，澳洲棉的7号只具有45S重复序列，位于短臂，9号染色体则同时具有45S和5S重复序列，且45S位于5S的外侧。澳洲棉7G染色体易位发生在长臂，与控制红色花瓣的基因共分离。同时将棕色纤维和叶色性状分别定位于6G和8G染色体上。开展了陆地棉—澳洲棉异染色体附加系、易位系优异基因的发掘，创制出了抗黄萎病、耐干旱等优异新种质共5个，培育获得了2G、3G、4G、7G、8G和13G等六个双体附加系。将抗黄萎病基因定位于4G和7G（长臂），且表现广谱抗性（抗多种黄萎病菌系），耐干旱基因定位于5G和12G，将为棉花抗黄萎病和耐旱育种提供新基因。人工合成了草棉—澳洲棉的一个新异源四倍体，为转育草棉、澳洲棉的优异基因和异源四倍体棉花的进化研究提供了新材料。研究达到了预期目标。