利用雷蒙德氏棉培育陆地棉单体异附加系，助力棉花育种新突破

为解决陆地棉（Gossypium hirsutum）遗传基础狭窄、易受生物和非生物胁迫问题，研究人员开展了从雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）向陆地棉培育单体异附加系（MAALs）的研究。结果成功培育出 MAALs，其在多种性状及抗逆性上有丰富变异，为棉花育种提供重要遗传材料。

　　在棉花的世界里，陆地棉（Gossypium hirsutum）是当之无愧的 “明星”，它的产量约占全球棉花总产量的 90% 。然而，经过长期驯化和选育，陆地棉的遗传多样性逐渐减少，就像一棵枝叶不再繁茂的大树，失去了许多宝贵的 “基因宝藏”。这使得陆地棉在面对病虫害、干旱、盐碱等各种威胁时，显得十分脆弱，仿佛一个失去了坚固盾牌的战士。

为了给陆地棉注入新的活力，让它重新 “强壮” 起来，江苏省农业科学院的研究人员开展了一项意义重大的研究。他们将目光投向了雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii），这是一种原产于南美洲秘鲁的野生棉花，虽然它不能直接用于商业生产，但其体内蕴含着许多陆地棉所没有的优良基因，比如优质纤维、抗黄萎病、抗虫、耐旱和耐盐等特性，还能作为细胞质雄性不育的育性恢复源，是一座亟待挖掘的 “基因宝库”。

研究人员致力于从雷蒙德氏棉向陆地棉培育单体异附加系（MAALs，由一个物种的一条染色体加上另一个物种的整个二倍体染色体组构成，是转移有用基因的有效策略），并对其进行深入研究。最终，他们成功培育出了一套陆地棉 - 雷蒙德氏棉 MAALs，相关研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是杂交技术，通过将陆地棉（A₁A₁D₁D₁）与雷蒙德氏棉（D₅D₅）杂交，获得了具有 78 条染色体的六倍体 F₁植株；其次是分子标记技术，利用 SSR 标记对杂交后代进行筛选，从大量植株中精准识别出携带目标染色体的个体；最后是细胞学鉴定技术，借助荧光原位杂交（FISH），直观地观察染色体的数目和结构，确定 MAALs 的身份。

下面来看具体的研究结果：

• 形态、细胞学和分子分析：通过杂交获得的六倍体 F₁植株在形态上介于陆地棉和雷蒙德氏棉之间，其叶片、棉铃和苞叶的形状和大小都呈现出中间特征。细胞学分析发现，该六倍体植株的染色体数目为 78 条，与预期相符，并且 6 种雷蒙德氏棉染色体特异性 FISH 探针在相应的染色体对上都能显示出明亮清晰的信号，这表明杂交获得的材料确实是加倍的杂种。
• 全基因组筛选雷蒙德氏棉特异性 SSR 位点：研究人员基于前人研究整合的 SSR 物理图谱信息，选取了 1117 对 SSR 引物对亲本和子代进行分析，最终筛选出 235 个分布均匀、扩增效果好且信息丰富的微卫星标记，用于对 BC₂F₁群体进行基因分型。通过连锁分析，将 223 个 SSR 位点定位到 13 个连锁群上，这些连锁群对应着雷蒙德氏棉的 13 条染色体，每个染色体上的雷蒙德氏棉特异性位点数量在 10 - 21 个之间，平均距离在 8.57 - 13.22 cM，覆盖度平均达到 97.97% 。
• MAALs 的培育：在 140 个 BC₂F₁个体中，121 株携带 53 - 63 条染色体，涵盖了雷蒙德氏棉的所有染色体，但许多植株表现出不育性。经过多代连续回交和自交，利用 107 个雷蒙德氏棉特异性标记对后代进行筛选，最终成功培育出 12 个陆地棉 - 雷蒙德氏棉 MAALs，不过 MAAL - 5D₅植株活力和育性较弱，未能进入 BC₄F₁代。
• MAALs 的表型特征：这些 MAALs 在形态、活力、农艺性状、产量和纤维品质等方面表现出丰富的变异。例如，MAAL - 3D₅植株矮小、活力低；MAAL - 10D₅生长缓慢、开花较晚；MAAL - 6D₅对短日照敏感。在产量和纤维品质方面，不同的 MAALs 与陆地棉亲本 Su8289 相比有显著差异。像 MAAL - 9D₅和 MAAL - 10D₅的纤维长度（FL）、纤维均匀度（FU）、纤维强度（FS）、马克隆值（MIC）和纤维伸长率（FE）表现出色；而 MAAL - 1D₅、MAAL - 2D₅等的产量相关性状，如铃重（BW）和衣分（LP）则明显低于亲本。
• MAALs 苗期的耐盐耐旱特性：对 MAALs 进行耐盐性和耐旱性评估发现，在盐胁迫下，MAAL - 8D₅、MAAL - 9D₅、MAAL - 10D₅、MAAL - 12D₅和 MAAL - 13D₅表现出较强的耐盐性，相对植株高度、地上组织鲜重和干重等指标均优于陆地棉亲本 Su8289；在干旱胁迫下，MAAL - 1D₅、MAAL - 3D₅、MAAL - 4D₅、MAAL - 7D₅、MAAL - 8D₅、MAAL - 12D₅和 MAAL - 13D₅表现出较强的耐旱性，在干旱处理 13 天后再浇水，这些材料的存活率较高。

综合研究结果和讨论部分，这项研究具有重要意义。研究人员首次成功培育出陆地棉 - 雷蒙德氏棉 MAALs，这为从雷蒙德氏棉向陆地棉转移有益基因搭建了一座 “遗传桥梁”。同时，MAALs 在多种性状上的丰富变异，为棉花育种提供了宝贵的遗传材料，有助于拓宽陆地棉的遗传基础，提高其对生物和非生物胁迫的抗性，推动棉花育种工作取得新的突破。此外，这些 MAALs 也为研究棉属物种的基因组和进化提供了重要的研究对象，有助于深入了解棉花的遗传奥秘，为未来的棉花遗传改良奠定坚实的基础。