综述：棉花对镰刀菌枯萎病4系的抗性：评估方法、种质资源评价、育种工作以及从育种者角度进行的遗传学和基因组学研究

《Euphytica》：Resistance to Fusarium wilt race 4 in cotton: evaluation methods, germplasm evaluation, breeding, and genetic and genomic studies from a breeder’s perspective

　　

摘要

由Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum（FOV）4号生理小种（FOV4）引起的枯萎病是一种维管系统病害，对美国棉花带的棉花生产构成了新的威胁。2001年首例FOV4病害在加利福尼亚州被报道，2017年在德克萨斯州远西部也有发现。2018年对新墨西哥州南部600多个棉花田的调查中，有超过10个田块被检测出FOV4的存在。然而，关于FOV4的病理机制、筛选方法、四倍体陆地棉（Gossypium hirsutum）中的抗性来源以及抗性的遗传和基因组基础，目前仍缺乏相关信息。本文旨在总结相关领域的研究进展，重点介绍新墨西哥州立大学和德州农工大学育种专家与病理学家之间成功合作取得的成果。自2018年以来，已有6000多份棉花育种系在温室及德克萨斯州Fabens的FOV4感染田中接受了抗性评估，从而发现了新的FOV4抗性来源（可能来自陆地棉中的Fw1基因，以及二倍体亚洲棉中的A11染色体上的重要QTL）。通过反复的单株筛选和后代试验，培育出了若干具有高产和优良纤维品质的FOV4抗性育种系（这些育种系携带Fov7/Fw2基因）。我们是首次比较了两种具有不同遗传来源的抗性系（分别携带Fov4和Fov7/Fw2基因）与易感系之间的感染过程。通过对最佳温度、接种密度、播种日期、棉花生长阶段（包括种子发芽、根部损伤）、实验设计及评估参数的研究，我们开发出了在田间、温室和生长室中可靠的评估方法。我们还进行了FOV4抗性QTL的连锁图谱分析和全基因组关联研究（GWAS）。最近的研究表明，FOV7抗性基因Fov7（先前命名为Fw2和FwR），以及位于D03染色体上的GhGLR4.8A基因，也能赋予陆地棉对FOV4的抗性。此前发布的三个抗FOV4的陆地棉品种（NuMex COT 15 GLS、NuMex COT 17 GLS和Acala 1517-20）均携带Fov7/Fw2基因。这些研究成果推动了基于靶向测序、等位基因特异性（AS）PCR和竞争性等位基因特异性PCR（KASP）的基因分型技术的发展，并被应用于标记辅助选择（MAS）中。我们在FOV4研究方面的综合活动已发表37篇经过同行评审的期刊论文，其中包括4篇关于不同Fusarium物种侵染棉花的开创性研究报告，为通过遗传与基因组集成方法鉴定和利用完整的FOV4抗性基因群奠定了基础。

由Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum（FOV）4号生理小种（FOV4）引起的枯萎病是一种维管系统病害，对美国棉花带的棉花生产构成了新的威胁。2001年首例FOV4病害在加利福尼亚州被报道，2017年在德克萨斯州远西部也有发现。2018年对新墨西哥州南部600多个棉花田的调查中，有超过10个田块被检测出FOV4的存在。然而，关于FOV4的病理机制、筛选方法、四倍体陆地棉（Gossypium hirsutum）中的抗性来源以及抗性的遗传和基因组基础，目前仍缺乏相关信息。本文旨在总结相关领域的研究进展，重点介绍新墨西哥州立大学和德州农工大学育种专家与病理学家之间成功合作取得的成果。自2018年以来，已有6000多份棉花育种系在温室及德克萨斯州Fabens的FOV4感染田中接受了抗性评估，从而发现了新的FOV4抗性来源（可能来自陆地棉中的Fw1基因，以及二倍体亚洲棉中的A11染色体上的重要QTL）。通过反复的单株筛选和后代试验，培育出了若干具有高产和优良纤维品质的FOV4抗性育种系（这些育种系携带Fov7/Fw2基因）。我们是首批比较两种具有不同遗传来源的抗性系（分别携带Fov4和Fov7/Fw2基因）与易感系之间感染过程的团队。通过对最佳温度、接种密度、播种日期、棉花生长阶段（包括种子发芽、根部损伤）、实验设计及评估参数的研究，我们开发出了在田间、温室和生长室中可靠的评估方法。我们还进行了FOV4抗性QTL的连锁图谱分析和全基因组关联研究（GWAS）。最近的研究表明，FOV7抗性基因Fov7（先前命名为Fw2和FwR），以及位于D03染色体上的GhGLR4.8A基因，也能赋予陆地棉对FOV4的抗性。此前发布的三个抗FOV4的陆地棉品种（NuMex COT 15 GLS、NuMex COT 17 GLS和Acala 1517-20）均携带Fov7/Fw2基因。这些研究成果推动了基于靶向测序、等位基因特异性（AS）PCR和竞争性等位基因特异性PCR（KASP）的基因分型技术的发展，并被应用于标记辅助选择（MAS）中。我们在FOV4研究方面的综合活动已发表37篇经过同行评审的期刊论文，其中包括4篇关于不同Fusarium物种侵染棉花的开创性研究报告，为通过遗传与基因组集成方法鉴定和利用完整的FOV4抗性基因群奠定了基础。