生物技术通报 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (5): 19-27.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-1359
赵祝跃(), 申状状, 王一帆, 杨亚杰, 荣二花, 吴玉香()
收稿日期:
2020-11-06
出版日期:
2021-05-26
发布日期:
2021-06-11
作者简介:
赵祝跃,女,硕士研究生,研究方向:种质创新与遗传工程;E-mail: 基金资助:
ZHAO Zhu-yue(), SHEN Zhuang-zhuang, WANG Yi-fan, YANG Ya-jie, RONG Er-hua, WU Yu-xiang()
Received:
2020-11-06
Published:
2021-05-26
Online:
2021-06-11
摘要:
棉花远缘杂交是种质创新和新品种选育的重要途径。以实验室前期合成的陆地棉与野生斯特提棉远缘杂种为材料,对其进行形态学、细胞遗传学及SSR分子标记鉴定。形态学分别从植株、叶片和花三方面进行了双亲和杂种的分析比较,结果表明杂种植株高于双亲,叶片大于双亲,表现出显著的杂种优势;叶色与父本相近,为翠绿色,杂种花基部花斑与父本相近,为深红色;细胞遗传学上对杂种进行了花粉母细胞减数分裂观察,结果表明不育杂种F1在减数分裂过程中出现许多异常行为,其中二分体占24.00%,三分体占10.40%,四分体占40.60%,多分体占25.00%。在四分体中,正常四分体占72.91%,异常占27.09%,以至于最后形成很多异常花粉粒,所占比例为24.00%,正常花粉粒占76.00%,这是杂种不育的主要原因;最后通过SSR分子标记鉴定结果表明,杂种F1不仅扩增出双亲的互补带,还扩增出双亲没有的特异性条带,遗传成分比例分别为:父本占7.69%,母本占34.62%,双亲的互补带占23.07%,特异性新带占34.62%,既表明在杂交过程中发生了基因重组,也从分子水平证实了该杂种是陆地棉和斯特提棉的真杂种,同时为棉花遗传育种和种质创新提供了有价值的材料。
赵祝跃, 申状状, 王一帆, 杨亚杰, 荣二花, 吴玉香. 陆地棉与野生斯特提棉远缘杂种性状鉴定及遗传解析[J]. 生物技术通报, 2021, 37(5): 19-27.
ZHAO Zhu-yue, SHEN Zhuang-zhuang, WANG Yi-fan, YANG Ya-jie, RONG Er-hua, WU Yu-xiang. Character Identification and Genetic Analysis of Distant Hybrid Between Gossypium hirsutum and Gossypium sturtianum[J]. Biotechnology Bulletin, 2021, 37(5): 19-27.
材料Materials | 染色体组Genome | 分布地Distribution |
---|---|---|
陆地棉G. hirsutum | AD1 | 世界栽培种 World cultivated species |
斯特提棉G. sturtianum | C2 | 澳大利亚中部南部 Central and south Australia |
表1 供试材料及其地理分布
Table 1 Materials and their geographical distribution
材料Materials | 染色体组Genome | 分布地Distribution |
---|---|---|
陆地棉G. hirsutum | AD1 | 世界栽培种 World cultivated species |
斯特提棉G. sturtianum | C2 | 澳大利亚中部南部 Central and south Australia |
图2 亲本与杂种的叶片比较(标尺:20 mm) A:母本陆地棉;B:父本斯特提棉;C:杂种F1
Fig.2 Leaf comparison between parents and hybrid (Ruler: 20 mm) A: G. hirsutum. B: G. sturtianum. C: Hybrid F1
图4 杂种的正常和异常减数分裂行为(标尺:20 μm) A:异常二分体;B:三分体;C:异常四分体;D:正常四分体;E-H: 多分体
Fig.4 Normal and abnormal meiosis behavior of G. hirsutum×G. sturtianum F1 hybrid (Ruler: 20 μm) A: Abnormal dyad. B: Triad. C: Abnormal tetrad. D: Normal tetrad. E-H: Polyad
形式Shape | 二分体Dyad | 三分体Triad | 四分体Tetrad | 多分体Polyad | 总数Total |
---|---|---|---|---|---|
No | 120 | 52 | 203 | 125 | 500 |
% | 24.00 | 10.40 | 40.60 | 25.00 | 100 |
表2 杂种减数第二次分裂末期的多分体数量及比例
Table 2 Number of multispores in telophase II of ADC hybrid meiosis
形式Shape | 二分体Dyad | 三分体Triad | 四分体Tetrad | 多分体Polyad | 总数Total |
---|---|---|---|---|---|
No | 120 | 52 | 203 | 125 | 500 |
% | 24.00 | 10.40 | 40.60 | 25.00 | 100 |
图5 杂种减数分裂后的正常和异常花粉粒(标尺:20 μm) A:正常花粉粒;B:一个正常和一个发育不全的花粉粒;C:一个正常和两个未发育完全的花粉粒;D:畸形花粉粒;E:一个正常和一个未发育完全花粉粒;F:破裂的花粉粒;G:三个正常的花粉粒;H:一个正常和一个未发育完全花粉粒
Fig.5 Various normal and abnormal pollen grains after meiosis of F1 hybrid (Ruler: 20 μm) A: Normal pollen grain. B: One normal and one underdeveloped pollen grain. C: One normal and two underdeveloped pollen grains. D: A malformed pollen grain. E: One normal and one underdeveloped pollen grain. F: A cracked pollen grain. G: Three normal pollen grains. H: One normal and one underdeveloped pollen grain
材料Material | 杂种Hybrid | 母本Female parent | 父本Male parent | 双亲互补带Parental complementary band | 特异性条带Specific band |
---|---|---|---|---|---|
扩增条带 Amplification bands | 26 | 9 | 2 | 6 | 9 |
遗传比例 Genetic ratio/% | - | 34.62 | 7.69 | 23.07 | 34.62 |
表3 杂种SSR的多态性来源分布
Table 3 Source distribution of SSR polymorphisms in hybrid
材料Material | 杂种Hybrid | 母本Female parent | 父本Male parent | 双亲互补带Parental complementary band | 特异性条带Specific band |
---|---|---|---|---|---|
扩增条带 Amplification bands | 26 | 9 | 2 | 6 | 9 |
遗传比例 Genetic ratio/% | - | 34.62 | 7.69 | 23.07 | 34.62 |
[1] | 陈志文. 棉属细胞质基因组进化及陆地植物基因水平转移分析[D]. 北京:中国农业大学, 2017. |
Chen ZW. Gossypium organellar genome evolution and interorganellar gene transfer in land plants[D]. Beijing:China Agricultural University, 2017. | |
[2] | Fryxell PA. A revised taxonomic interpretation of Gossypium L. (Malvaceae)[J]. Pheedea, 1992,2(2):108-165. |
[3] | 王坤波. 棉属21个种基于原位杂交的核型分析[D]. 北京:中国农业科学院, 2009. |
Wang KB. FISH based karyotype analysis of 21 Gossypium species[D]. Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2009. | |
[4] | 梁正兰. 棉花远缘杂交的遗传与育种[M]. 北京: 科学出版社, 1999. |
Liang ZL. Heredity and breeding of cotton distant hybridization[M]. Beijing: Science Press, 1999. | |
[5] | 江苏省农科院经作所棉花远缘杂交组. 棉花远缘杂交研究的进展[J]. 江苏农业科学, 1990,18(2):16-19, 60. |
Distant hybridization group of cotton, Jingzuo Institute, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences. Advances in distant hybridization of cotton[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 1990,18(2):16-19, 60. | |
[6] | 崔荣霞, 王春英, 胡绍安, 等. 棉花抗黄萎病新种质简介[J]. 中国棉花, 1997,24(4):23. |
Cui RX, Wang CY, Hu SA, et al. Introduction of new cotton germplasm resistant to Verticillium wilt[J]. China Cotton, 1997,24(4):23. | |
[7] | 肖松华, 刘剑光, 赵君, 等. 棉花远缘杂交创制抗黄萎病新种质[J]. 棉花学报, 2015,27(6):524-533. |
Xiao SH, Liu JG, Zhao J, et al. Creation of a new resistant germplasm to Verticillium wilt by distant hybridization in upland cotton[J]. Cotton Science, 2015,27(6):524-533. | |
[8] | 杜雄明, 刘方, 王坤波, 等. 棉花种质资源收集鉴定与创新利用[J]. 棉花学报, 2017,29(S1):51-61. |
Du XM, Liu F, Wang KB, et al. Collection, evalution and utilization of cotton germplasm[J]. Cotton Science, 2017,29(S1):51-61. | |
[9] | 张存信. 棉花的用途及分类[J]. 中国土特产, 1996(3):35. |
Zhang CX. Use and classification of cotton[J]. Chinese Native Produce, 1996(3):35. | |
[10] |
Fryxell PA. A revision of the Australian species of Gossypium with observations on the occurrence of Thespesia in Australia(Malvaceae)[J]. Australian Journal of Botany, 1965,13(1):71-102.
doi: 10.1071/BT9650071 URL |
[11] | 申状状, 李昱樱, 荣二花, 等. 陆地棉和野生斯特提棉种间异源六倍体的合成与性状鉴定[J]. 作物学报, 2019,45(4):628-634. |
Shen ZZ, Li YY, Rong EH, et al. Allohexaploid synjournal and its characteristic identification between cotton species Gossypium hirsutum and G. sturtianum[J]. Acta Agronomica Sinica, 2019,45(4) 628-634.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2019.84086 URL |
|
[12] | 李贵全. 细胞学研究基础[M]. 北京: 中国林业出版社, 2001. |
Li GQ. Fundamentals of cytology[M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 2001. | |
[13] | 申状状, 杨娜, 荣二花, 等. 亚洲棉与瑟伯氏棉种间远缘杂种的合成及其性状鉴定[J]. 分子植物育种, 2017,15(6):2291-2297. |
Shen ZZ, Yang N, Rong EH, et al. Synjournal and identification of interspecific hybrid between Gossypium arboretum and G. thurberi[J]. Molecular Plant Breeding, 2017,15(6):2291-2297. | |
[14] | 周宝良. 野生棉种渐渗创新的优质棉种质及其遗传研究[D]. 南京:南京农业大学, 2008. |
Zhou BL. Genetic Study and Creation of superior fiber cotton germplasm through introgression from wild species[D]. Nanjing:Nanjing Agricultural University, 2008. | |
[15] | 姜茹琴, 钟文南, 梁正兰. 陆地棉×斯特提棉种间杂种后代的研究[J]. 棉花学报, 1990,2(1):31-35. |
Jiang RQ, Zhong WN, Liang ZL. Studies on Gossypium hirsutum× G. sturtianum[J]. Cotton Science, 1990,2(1):31-35. | |
[16] | 梁理民, 刘有良, 王增信, 等. 陆地棉×斯特提棉种间杂交创造抗枯黄萎病新种质[J]. 西北农业学报, 2002,11(4):16-18. |
Liang LM, Liu YL, Wang ZX, et al. Selection of new wilt-resistant germplasms from G. hirsutum×G. sturtianum[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2002,11(4):16-18. | |
[17] | 崔淑芳, 钱玉源, 王广恩, 等. 远缘杂交种冀棉25的选育及其育种利用[J]. 中国棉花, 2018,45(3):21-25. |
Cui SF, Qian YY, Wang GE, et al. Breeding and application of intergeneric hybridization cotton variety Jimian 25[J]. China Cotton, 2018,45(3):21-25. | |
[18] | 王芙蓉, 张军, 刘勤红, 等. 我国棉花种质创新进展与展望[J]. 棉花学报, 2001,13(1):50-53. |
Wang FR, Zhang J, Liu QH. Progresses and prospect on cotton germplasm enhancement in China[J]. Cotton Science, 2001,13(1):50-53. | |
[19] | 任光云. 亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间杂种不育的遗传研究[D]. 昆明:云南农业大学, 2006. |
Ren GY. Genetic studies on hybrid sterility between Oryza sativa L. and O. glaberrima Steud[D]. Kunming:Yunnan Agricultural University, 2006. | |
[20] | 吴玉香. 棉属遗传多样性与栽培棉种间杂交研究[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2009. |
Wu YX. Studies on genetic diversity of Gossypium and interspecific hybridization among four cultivated cotton species[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2009. | |
[21] | 李灵娇. 草棉多倍体诱变及草雷杂种鉴定[D]. 太谷:山西农业大学, 2015. |
Li LJ. Autopolyploid Induction of Gossypium herbaceum L. and Hybrid Identification between G. herbaceum and G. raimondii[D]. Taigu:Shanxi Agricultural University, 2015. | |
[22] |
Muramoto H. Hexaploid cotton:Some plant and fiber properties[J]. Crop Science, 1969,9(1):27.
doi: 10.2135/cropsci1969.0011183X000900010009x URL |
[23] | 聂以春, 刘金兰. 棉属异源四倍体(亚洲棉×司笃克氏棉)的植物形态及农艺性状研究[J]. 华中农业大学学报, 1995,14(4):332-337. |
Nie YC, Liu JL. Effects of donor materials and media on microspore embryoid yield of Brassica Napus[J]. Journal of Huazhong Agricultural University, 1995,14(4):332-337. | |
[24] | 郑赟, 杨娜, 荣二花, 等. 野生棉与陆地棉异源四倍体的合成与性状鉴定[J]. 分子植物育种, 2020,18(3):976-981. |
Zheng Y, Yang N, Rong EH, et al. Synjournal and character identification of heterotetraploid hybrid from G. hirsutum and wild cotton[J]. Molecular Plant Breeding, 2020,18(3):976-981. | |
[25] | 张伯静, 李炳林, 祝水金, 等. 亚洲棉、比克氏棉和陆地棉异源四倍体的合成[J]. 棉花学报, 1993,5(1):15-20. |
Zhang BJ, Li BL, Zhu SJ, et al. Studies on the allotetraploid trispecific hybrid from G. arboreum, G. bickii and G. hirsutum[J]. Cotton Science, 1993,5(1):15-20. | |
[26] |
Benbouza H, Lacape JM, Jacquemin JM, et al. Introgression of the low-gossypol seed & high-gossypol plant trait in upland cotton:Analysis of[(Gossypium hirsutum × G. raimondii)2 × G. sturtianum]trispecific hybrid and selected derivatives using mapped SSRs[J]. Molecular Breeding, 2010,25(2):273-286.
doi: 10.1007/s11032-009-9331-6 URL |
[27] | 吴玉香, 陈崇乾, 高燕会, 等. 活体保存对栽培棉种间四元杂种育性和染色体构型的影响[J]. 棉花学报, 2007,19(6):461-466. |
Wu YX, Chen CQ, Gao YH, et al. Effects of plant preservation on the fertility and chromosome configurations of a quadri-specific hybrid derived from 4 cultivated cotton species[J]. Cotton Science, 2007,19(6):461-466. | |
[28] | 孙亚莉, 张晋, 张洁, 等. SSR标记的开发及其在棉花中的应用[J]. 陕西农业科学, 2020,66(4):84-88. |
Sun YL, Zhang J, Zhang J, et al. Development of SSR marker and its application in cotton[J]. Shanxi Journal of Agricultural Sciences, 2020,66(4):84-88. | |
[29] | 石建斌, 周红, 王宁, 等. 棉花SSR标记种质资源纯度鉴定及遗传多样性分析[J]. 生物技术通报, 2018,34(7):138-146. |
Shi JB, Zhou H, Wang N, et al. Purity identification and genetic diversity analysis of cotton germplasm resources using SSR markers[J]. Biotechnology Bulletin, 2018,34(7):138-146. | |
[30] | 赵程杰, 钟文, 王文良, 等. 基于SSR标记的区试棉花品种纯度和真实性鉴定[J]. 分子植物育种, 2020,18(19):6399-6409. |
Zhao CJ, Zhong W, Wang WL, et al. SSR - based identification of purity and authenticity of regional cotton varieties[J]. Molecular Plant Breeding, 2020,18(19):6399-6409. | |
[31] |
Larbouga B, Mahamadou S, Denys S, et al. SSR-based genetic diversity of traditional and perennial cotton(Gossypium spp. )populations collected in Burkina Faso[J]. Genetic Resources and Crop Evolution, 2017,64(7):1743-1759.
doi: 10.1007/s10722-016-0470-4 URL |
[32] | 王一帆, 郑赟, 荣二花, 等. 亚洲棉与拟似棉远缘杂种的合成与鉴定[J]. 生物技术通报, 2020,36(8):1-7. |
Wang YF, Zheng Y, Rong EH, et al. Synjournal and identification of distant hybrids between Gossypium arbroeum and Gossypium gossypioides[J]. Biotechnology Bulletin, 2020,36(8):1-7. |
[1] | 尹明华, 余锾媛, 肖心怡, 王玉婷. 江西铅山红芽芋叶绿体基因组特征及系统发育分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(6): 233-247. |
[2] | 王一帆, 候林慧, 常永春, 杨亚杰, 陈天, 赵祝跃, 荣二花, 吴玉香. 陆地棉与拟似棉异源六倍体的合成与性状鉴定[J]. 生物技术通报, 2023, 39(5): 168-176. |
[3] | 李圣彦, 李香银, 李鹏程, 张明俊, 张杰, 郎志宏. 转基因玉米2HVB5的性状鉴定及遗传稳定性分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(1): 21-30. |
[4] | 杨亚杰, 李昱樱, 申状状, 陈天, 荣二花, 吴玉香. 草棉同源多倍体后代筛选及性状鉴定[J]. 生物技术通报, 2022, 38(5): 64-73. |
[5] | 符勇耀, 易德燕, 杨先茂, 蔡莉, 梁渝华, 雷美艳, 杨利平. 卷丹新种质JD-h-15的形态特征与遗传变异分析[J]. 生物技术通报, 2022, 38(11): 140-150. |
[6] | 管俊娇, 杨晓洪, 张鹏, 黄清梅, 张建华. 基于荧光检测技术的青稞品种鉴定方法的建立[J]. 生物技术通报, 2021, 37(11): 293-302. |
[7] | 王衍莉, 杨义明, 范书田, 赵滢, 许培磊, 路文鹏, 李昌禹. 基于SSR分子标记的73份山葡萄及杂交后代的遗传多样性分析[J]. 生物技术通报, 2021, 37(1): 189-197. |
[8] | 王一帆, 郑赟, 荣二花, 吴玉香. 亚洲棉与拟似棉远缘杂种的合成与鉴定[J]. 生物技术通报, 2020, 36(8): 1-7. |
[9] | 王宇, 邓孟胜, 徐驰, 余丽萍, 谢良帅, 李立芹, 王西瑶. 马铃薯StSSR2的克隆与表达分析[J]. 生物技术通报, 2020, 36(4): 61-69. |
[10] | 李勇慧, 于相丽, 马会萍, 高凯, 刘名雪. 不同品种牡丹ISSR遗传多样性分析[J]. 生物技术通报, 2020, 36(4): 78-83. |
[11] | 赵阳阳, 郭雨潇, 张凌云. 文冠果果实转录组测序及分析[J]. 生物技术通报, 2019, 35(6): 24-31. |
[12] | 刘培培, 罗光明, 柴华文, 张俊逸, 朱梓豪, 王得运. SSR标记技术在中药鉴定中的应用[J]. 生物技术通报, 2019, 35(2): 198-203. |
[13] | 王平, 王春语, 张丽霞, 丛玲, 朱振兴, 陆晓春. 利用重测序技术开发高粱多态性SSR分子标记[J]. 生物技术通报, 2019, 35(11): 217-223. |
[14] | 尹跃, 赵建华, 安巍, 李彦龙, 何军, 曹有龙. 利用SSR标记构建枸杞品种分子身份证[J]. 生物技术通报, 2018, 34(9): 195-201. |
[15] | 武海月, 赵爽, 刘宇, 李华敏, 宋爽, 牛玉蓉, 荣成博. 榆黄菇遗传多样性的ISSR和SRAP综合分析[J]. 生物技术通报, 2018, 34(4): 121-126. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||