异常棉(G.anomalum)渐渗文库的创建及优异基因的挖掘

In a previous study, we obtained triploid hybrids with the genome composition A1D1Bl by crossing G. hirsutum (A1A1D1D1) with G. anomalum (B1B1). Hybrid seedling plants were then treated with 0.15% colchicine and a putative fertile hexaploid (A1A1D1D1B1B1) was obtained.We demonstrated the hybridity and doubled status of a (G. anomalum × G. hirsutum)2 hexaploid using morphological, cytological and molecular marker methods. In this study, we will construct a BC1F1 population by crossing hexaploid with G. hirsutum and genotype the introgression segment of G. anomalum based on a cotton combined whole-genome SSR marker physical map. In BC1F1 population, recombinants will be selteced to make successive backcross with G. hirsutum and selfing for 2-3 generation repectively. A genome-wide introgression libaray will be developed by marker-assisted selection based on a set of G.anomalum-specific SSR markers.The elite loci of G. anomalum associated with agronomic traits,yield and fiber quality traits will be screened. The genome-wide libaray of G. anomalum not only eavalue the breeding potential of G. anomalum and broaden genetic diversity of upland cotton, but also provide some important materials for research on structural genome and functional geneome of cotton.

前期研究中，我们以陆地棉为母本，异常棉为父本，获得了三倍体杂种，经秋水仙素处理获得可育的F1植株。形态学、细胞学与分子水平分析表明我们已成功获得染色体加倍的F1植株。本研究拟利用该六倍体F1植株与陆地棉回交建立BC1F1群体，将本实验室开发的异常棉来源的SSR标记与已公布的棉花全基因组SSR物理图谱进行整合，筛选一套均匀覆盖基因组的异常棉特异的SSR标记并分析该群体，获得异常棉渐渗片段的标记基因型；同时在BC1F1群体中选择重组个体连续回交2-3次并自交2次，在每一回交与自交世代进行标记选择，获得一系列异常棉染色体片段置换系，建立覆盖异常棉基因组的渐渗文库。将渐渗系与轮回亲本进行农艺性状、产量性状、品质性状、抗逆性的调查与检测，挖掘异常棉优异基因。异常棉渐渗文库的创建不但可以有效评价异常棉的育种潜力，拓宽现有陆地棉的遗传基础，而且可以为棉花重要性状基因结构解析与功能基因研究提供基础材料。

野生种是作物遗传改良的物质基础，但远缘杂交中存在的固有困难如野生种与栽培种之间杂交不亲和、F1杂种不育、分离世代不育、种间重组率降低导致的连锁累赘，以及缺乏合适的技术来有效地发现和利用野生种中有价值的等位基因等因素极大地阻碍了野生种的广泛利用。棉属二倍体野生种异常棉（G.anomalum）拥有许多陆地棉所缺乏的优良基因，如超强纤维潜力基因、对昆虫的抗性、对多种细菌病害的免疫，而且由于生长于干旱地区，异常棉有较强的耐旱性等。前期研究中，我们以陆地棉为母本，异常棉为父本，获得了三倍体杂种，为克服种间杂交的不育性，将三倍体杂种F1经秋水仙素处理成功获得加倍的F1植株。将六倍体F1植株与陆地棉回交，在BC2F1代将本实验室开发的异常棉来源的SSR标记与已公布的棉花全基因组SSR物理图谱进行整合，获得均匀覆盖基因组的异常棉特异位点230个，每条染色体上异常棉特异的位点为12到27个，每条染色体上相邻标记之间的平均距离为0-35.8cM，平均为10.5cM；异常棉来源的特异性引物的位点在每条染色体上的覆盖度从86.1%（Chr.10）到99.49%（Chr.1）；获得不同的重组类型50种。从BC2F1开始，选择重组个体连续回交2次并自交3次，在每一回交与自交世代均进行标记辅助选择，最终在BC4F4代经全基因组基因型检测，共获得74个异常棉染色体片段渐渗系，其中单片段渐渗系43个，两片段渐渗系24个，三片段渐渗系7个，共覆盖异常棉基因组约70%，轮回亲本基因组回复率平均为97.09%。在三个环境中对渐渗系与轮回亲本进行农艺性状、产量性状、纤维品质性状的表型鉴定，通过表型与基因型间相关性分析，共挖掘到异常棉优异位点区段27个，获得了一批优质、高产、抗逆优异种质资源，拓宽了现有陆地棉的遗传基础，也为棉花重要性状基因结构解析与功能基因研究提供了基础材料。