棉花三元杂种[ABCD]的合成及其抗病性遗传研究

Verticillium wilt is still a major problem for cotton in our country and it also causes a huge loss for cotton production. So resistance to Verticillium wilt is an urgent target in cotton breeding. In nowadays, there is no real resistance source to Verticillium wilt in cultivated cotton species (G. hirsutum). However some wild cotton species in Gossypium have relative resistance gene to Verticillium wilt, especially G. australe, G. capitis-viridis immune to Verticillium wilt. In this research, we will focus on the first interspecific tetraploid hybrid coming from 3 cotton species G. hirsutum, G. australe and G. capitis-viridis (ABCD chromosomes) and back cross with G. hirsutum in order to transfer resistance gene from wild cotton to cultivated cotton and to further produce resistance source to Verticillium wilt. Then resistance identification for every hybrid generation will be completed and their resistance characteristics should be stabilized for further screening new resistance germplasm for cotton breeding. In this study, the comparative genomic analysis for every hybrid generation and their parents will also be finished by molecular cytogenetics（GISH）, molecular analysis (SSR or SNP) and bioinformatics to explore genomic changes in the process of speciation and to further reveal transfer rule of resistance gene from wild cotton to cultivated cotton. It is so significant to provide theory evidence for further searching resistance gene and effectively controlling Verticillium wilt by wild cotton resource.

目前多数陆地棉(G.hirsutum)对黄萎病缺乏真正的抗源，而棉属(Gossypium)野生种具有丰富的抗黄萎病基因，有些野生种如澳洲棉（G.australe）、绿顶棉（G.capitis-viridis）甚至对黄萎病免疫。本研究将首次合成的抗病三元杂种异源四倍体新种质[染色体组ABCD]回交感病陆地棉亲本- - 冀棉11号，试图将三元杂种中澳洲棉和绿顶棉的抗病性状转育到陆地棉，同时对其杂种各世代进行抗病性鉴定，并力争稳定其后代中的抗病性状，筛选出育种上能够利用的新种质，为棉花抗病育种提供中间材料。同时采用分子细胞遗传鉴定（GISH）、分子标记(SSR 或SNP)、生物信息学方法对杂种各世代及其亲本进行比较基因组学分析，探讨异源四倍体新种质形成过程中基因组发生的变化，揭示野生棉抗病和免疫特性在杂种各世代间的遗传变化规律，为挖掘抗病基因、广泛利用野生棉资源来控制棉花黄萎病危害提供理论依据。

目前多数陆地棉(G.hirsutum)不抗黄萎病，而棉属(Gossypium)野生种高抗黄萎病，如澳洲棉(G.australe)、绿顶棉（G.capitis-viridis）等。从野生棉转移抗病性到陆地棉中，提高陆地棉抗病性是一条理想的育种途经。本项目将首次合成的三元杂种异源四倍体新种质回交感病陆地棉冀棉11号，试图将新种质中野生棉抗病基因转育到陆地棉，并筛选出抗病育种中间材料。采用细胞遗传学、分子标记、植物病理学等技术对杂种后代及亲本进行比较分析，揭示野生棉抗病性在杂种后代的遗传规律，为利用野生棉资源控制棉花黄萎病危害提供理论依据。.首先，以陆地棉冀棉11号为母本（染色体组AADD），澳洲棉（染色体组CC）为父本进行远缘杂交，并对杂交铃进行套袋保铃防虫害。利用0.5%秋水仙碱溶液对F1代（ADC）进行染色体诱变12h，获得了六倍体新种质（AADDCC），此新种质表现为植株高大，叶多毛，红花冠，无花斑，果小，棕色棉絮，在海南常年开花结果。.以上述六倍体新种质为母本，绿顶棉（G.capitis-viridis）（染色体组BB）为父本进行远缘杂交，获得了三元杂种异源四倍体新种质[染色体组ABCD]，此新种质表现蔓生，植株及叶片密布长毛，红色或白色花冠，无花斑，自然状态下难以结铃，人工辅助授粉可获得少数棉铃。. 对上述三元杂种进行细胞遗传鉴定，发现花粉母细胞减数分裂后期出现许多异常行为，如多分体和微核等，据统计正常四分体所占比例仅为24.25%，正常花粉粒所占比例仅为57.72%，从细胞遗传学水平证明三元杂种的育性极低的行为。 .对上述三元杂种进行SSR鉴定，发现具有父本绿顶棉的特异性条带，结合田间形态学分析，确认为真杂种。另外，还出现了新的条带，表明三元杂种产生了丰富的变异。.在三元杂种与陆地棉杂交转移抗病性的过程，发现F1代出现两种株型，其中开红花的所有植株长到60cm高时发生自然死亡，而开白花的所有植株则正常生长并结果，为了找出F1群体内的差异，进行了大量的细胞学及分子水平鉴定，结果有待发现。在揭示野生棉抗病性在杂种后代的遗传规律方面，因时间有限和经费不足还没能进行更深入研究。