CN1405327A - 一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法，专用于农作物(棉花)多目标农艺性状基因的快速聚合及新品种的选育。以长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，山西94－24和7235品系为抗虫、优质目标性状供体亲本(非轮回亲本)，分别进行杂交并进一步回交或自交2－3代，每一世代采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用卡那霉素抗性筛选，抗虫性和Bt基因的PCR检测相结合和优质QTL分子标记辅助选择的方法，分别获得目标中间材料，进一步将目标中间材料互交，杂种F₁代自交辅以分子标记辅助选择获得多目标性状聚合的棉花新材料。利用这一方法，已将高强纤维QTL和Bt基因快速聚合，培育出了优质、高产、抗虫棉花新品系“南农85188”以及高品质、高产、抗虫棉花新品系“南农85180”。

Description

一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法

(一)技术领域：本发明一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法属于聚合多个棉花目标性状的育种方法，专用于快速、有效地选育与生产聚合有棉花多目标性状的新品系(新品种)。

(二)技术背景：

轮回选择是打破产量与抗性、品质负相关，同步提高产量、抗病性、品质的有效手段。早在1980年，在总结国内外棉花育种经验的基础上，本研究所潘家驹教授把杂种品系间杂交和回交这两种方法的优点结合起来，提出了棉花多个优良性状聚合的修饰回交育种法。该方法的技术体系是选用一个生产上大面积推广或即将推广的优良品种作为轮回亲本与多个具有不同目标性状的品系或种质系杂交，并分别回交3-4次。在每次回交中，分别针对轮回亲本与目标性状进行表型选择，最后进行相互杂交、自交以聚合不同育种目标性状基因于一体，同时改良棉花的产量、品质、抗逆性。该育种法的优点在于可将回交后代植株基因型中大部分性状与轮回亲本保持一致，降低源于供体的有害或不理想基因出现的频率。试验证明它可克服和缓解棉花丰产性与品质、早熟性等主要经济性状间的负相关，为选育综合性状优良且具有抗性的优良品种或品系提供物质基础。《棉花修饰回交育种方法的研究和利用》1990年通过农业部主持的成果鉴定。但是，由于许多目标农艺性状均是数量性状，因此，这一育种方法也存在着杂交工作量大、选择可靠性差、育种周期长的缺陷。

随着分子标记技术的进展，2000年，本发明人所在课题组选用1个棉属野生种异常棉和Acala高品质纤维基因渐渗的陆地棉优质纤维种质系7235开展棉花高强纤维遗传研究，并进行了高强主效QTLs分子标记的筛选。遗传研究表明：高品质纤维性状遗传可能受两个以上主基因控制，F1表现为无显性或少量负向显性，F2和回交群体都偏低值亲本，符合质量-数量性状遗传模式。进一步获得8个分子标记(2个SSR标记，6个RAPD标记)与1个高强纤维主效QTL连锁。多点多环境试验表明，该主效QTL表现稳定，且效应值大，能解释35％F2，53.8％F2∶3高强表型变异，单体测验将该标记定位于Chro10上，该QTL主效位点。筛选得到的7235种质系一个高强纤维主效QTL的分子标记，本发明人所在课题组已申请专利(专利公开号：CN1293256A)。到目前为止，还没有该类型分子标记用于辅助育种选择，加速育种进程的报道。

(三)发明内容

技术问题利用修饰回交聚合育种方法，克服和缓解棉花丰产性与品质、早熟性等主要经济性状间的负相关，为选育综合性状优良且具有抗性的优良品种或品系提供物质基础。利用分子标记辅助选择轮回亲本的遗传背景和供体亲本的目标性状，快速高效培育高产、优质、抗虫等多目标性状的棉花新品系。

技术方案  一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法，包括：

1)长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，以抗虫目标性状Bt基因供体山西94-24为非轮回亲本，杂交1代，回交2-3代，采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用卡那霉素(Kam)抗性筛选，抗虫性和Bt基因的PCR检测相结合的方法，获得遗传背景与泗棉3号相同，且具有Bt基因的目标材料1；

2)长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，以优质纤维目标性状供体7235种质系为非轮回亲本，杂交1代，回交或自交2-3代。采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用高强主效QTL分子标记方法对棉纤维高强性状进行选择，获得遗传背景与泗棉3号相同，且具有优质纤维性状的目标材料2；

3)目标材料1与目标材料2杂交1代，自交1代，利用卡那霉素对抗虫性鉴定，利用高强主效QTL分子标记方法对优质性状进行鉴定，获得抗虫性状纯合，产量与泗棉3号相当，纤维强度为34～36cN/tex的抗虫棉新品系“南农85188”和“南农85180”。

有益效果：本发明所提供的一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法与传统的修饰回交聚合育种技术相比具有如下优点：传统的修饰回交聚合育种技术存在杂交工作量大、选择可靠性差、育种周期长的缺陷。通过分子标记辅助选择轮回亲本的遗传背景和供体亲本的目标性状，可在3-4年内快速高效培育出高产、优质、抗虫等多目标性状的棉花新品系。

“南农85188”和“南农85180”的主要优点有：以泗棉3为轮回亲本，7235高强纤维品系和山西94-24抗虫品系为目标性状供体，通过分子标记辅助选择的修饰回交聚合育种方法，获得了产量与泗棉3号相当，但纤维品质有显著改善的抗虫棉品系——“南农85188”和“南农85180”。“南农85188”品系平均铃重为5.0g，衣分为43％，纤维长度32.5-33.0mm，纤维强度24～25cN/tex，纤维细度4.2～4.5，符合优质棉要求，高抗棉铃虫。“南农85180”纤维长度34～35mm，纤维强度28-30cN/tex，纤维细度4.0～4.2，符合高品质棉要求，同时高抗棉铃虫(表1，2)。

   表1  转基因抗虫棉品系的纤维品质指标(2001年)品系名称     纤维长度      纤维强度      纤维细度

              mm          cN/tex南农85188       32.00         35.30         4.40南农85180       34.50         39.50         4.00泗棉3号         29.70         29.80         5.103-79(海岛棉)     38.50         42.90         4.30

  表2  转基因抗虫棉品系的抗虫性和产量水平(2001年)品系名称      苗期抗虫性          籽棉产量    皮棉产量    衣分

         死亡率％     危害级别   (kg/亩)     (kg/亩)    (％)南农85188  100.00±0.00   0.67±0.58  210.38      95.10     42.27南农85180   97.50±7.07   1.25±0.89  225.72      92.38     41.78泗棉3号     13.33±16.33  3.46±0.51  222.60      95.85     44.06

(四)附图说明：

图1分子标记辅助聚合培育抗虫、优质棉花新品系

(五)具体实施方式：

以长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，山西94-24和7235品系为目标性状供体(非轮回亲本)，用分子标记辅助选择的修饰回交聚合育种方法进行筛选，以选育高产、抗虫、优质新品系。

泗棉3号是长江流域广泛栽种的陆地棉品种。它的产量高、高抗枯萎病、适应性好，株型理想，但纤维品质一般，不抗虫。山西94-24是山西农科院棉花研究所将具有我国自主知识产权的Bt抗虫基因通过农杆菌介导法导入晋棉7号中，引进后通过系统育种，培育出纯合、稳定品系后作为抗虫基因供体(唐灿明，孙敬等.我国现有的3类转Bt基因抗虫棉品系棉铃虫抗性的遗传分析.科学通报，1999，44(19)：2064-2067)。7235种质系是由江苏农科院经济作物所通过异常棉，Acala，PeeDee优质种质系等杂交并回交，选育的一个陆地棉高品质纤维种质系。利用分子标记技术，我们已筛选到7235种质系的一个高强纤维主效QTL的分子标记并已申请专利(专利公开号：CN1293256A)。

具体实施步骤如下：

以长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，以抗虫目标性状Bt基因供体山西94-24为非轮回亲本，杂交1代，回交2-3代，采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用卡那霉素(Kam)抗性筛选，抗虫性和Bt基因的PCR检测相结合的方法，获得遗传背景与泗棉3号相同，且具有Bt基因的目标材料1。

此外，以长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，以优质纤维目标性状供体7235种质系为非轮回亲本，杂交1代，回交一次后，即进行系统选择。采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用高强主效QTL分子标记方法对棉纤维高强性状进行选择，获得遗传背景与泗棉3号相同，且具有优质纤维性状的目标材料2；

目标材料1与目标材料2杂交1代，同年送海南岛南繁自交获F2，单株收花，2001年种成51个株行。对该51个株系进行Kam检测，其中28个株系表现Kam抗/感分离，23个株系表现为对Kam敏感。进一步对表现抗Kam的单株进行棉铃虫抗性的生物学检测。对中选单株进行高强纤维QTL的分子标记筛选。获得的高强纤维QTL纯合的单株送海南南繁，从而培育出高产、抗虫，纤维品质性状稳定的株系。对中选的抗虫、优质单株进一步进行单株铃重、衣分、纤维品质的考种分析。获得抗虫性状纯合，产量与泗棉3号相当，纤维强度为35.30cN/tex的抗虫棉新品系“南农85188”以及纤维强度为39.50cN/tex、抗虫棉花新品系“南农85180”(表1，3，4)。

    表1  转基因抗虫棉品系的纤维品质指标(2001年)品系名称    纤维长度    纤维强度     纤维细度    整齐度％

             mm        cN/tex南农85188     32.00       35.30         4.40       52.88南农85180     34.50       39.50         4.00       51.80泗棉3号       29.70       29.80         5.10       50.203-79(海岛棉)   38.50       42.90         4.30       51.70

   表3转基因抗虫棉品系的生物抗虫性测定(2001年)品系名称         苗 期                   蕾 期                盛花期                        铃 期

         死亡率％    危害级别    死亡率％    危害级别     死亡率％     危害级别    死亡率％     危害级别南农85188 100.00±0.00  0.67±0.58  87.50±13.90 1.62±0.72  76.25±16.68 1.94±0.25  70.91±27.37  2.18±0.40南农85180  97.50±7.07  1.25±0.89  90.83±14.42 1.42±0.77  43.48±19.60 2.22±0.42  62.67±29.14  2.20±0.41泗棉3号    13.33±16.33 3.46±0.51  24.11±18.92 3.02±0.17   3.33±7.67  3.05±0.23  22.22±18.56  3.33±0.50

  表4 转基因抗虫棉品系的产量及产量构成因子水平(2001年)品系名称  籽棉产量  皮棉产量   衣分    籽指  衣指  单株结铃数  单铃籽棉重

      (kg/亩)   (kg/亩)    (％)     (g)   (g)     (个)         (g)南农85188  230.38    95.10     44.27   9.20   7.20   23.60        5.20南农85180  225.72    92.38     43.78   9.50   7.40   22.80        5.28泗棉3号    222.60    95.85     44.06   9.15   7.50   23.50        5.30

Claims (1)

1.一种分子标记辅助修饰回交聚合选育棉花品种的方法，包括：

1)以长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，以抗虫目标性状Bt基因供体山西94-24为非轮回亲本，杂交1代，回交2-3代，采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用卡那霉素(Kam)抗性筛选、抗虫性和Bt基因的PCR检测相结合的方法，获得遗传背景与泗棉3号相同，且具有Bt基因的目标材料1；

2)以长江流域推广品种泗棉3号为轮回亲本，以优质纤维目标性状供体7235种质系为非轮回亲本，杂交1代，回交或自交2-3代，采用田间观察方法对轮回亲本的农艺性状进行综合选择，采用高强主效QTL分子标记方法对棉纤维高强性状进行选择，获得遗传背景与泗棉3号相同，且具有优质纤维性状的目标材料2；

3)目标材料1与目标材料2杂交1代，自交1代，利用卡那霉素对抗虫性鉴定，利用高强主效QTL分子标记方法对优质性状进行鉴定，获得抗虫性状纯合，产量与泗棉3号相当，纤维强度为34～36cN/tex的抗虫棉新品系“南农85188”和“南农85180”。

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