Advances in Cotton Breeding for Resistance to Fusarium and Verticillium Wilt in the Last Fifty Years in China

This review summarizes the main advances in cotton breeding for resistance to fusarium and verticillium wilt in the last fifty years in China. The topics discussed include main achievements, experiences, problems and countermeasures for solving.

Quantitative Trait Loci for Resistance Against Fusarium Wilt Based on Three Cotton F_2 Populations

Fusarium wilt （FW） is one of the most common cotton diseases in the world. Identification of QTLs conferring resistance to FW is key for the incorporation of resistance genes into elite cultivars. Two intraspecific （cross between Gossypium hirsuturn L.） and one interspecific （cross between Gossypium hirsutum L. and Gossypium bardence L.） F2 populations were constructed by using a highly resistant cultivar and crossing it to a susceptible cultivar with 154, 79, and 148 offsprings, respectively. Simple sequence repeats （SSR） were used to screen genomic regions closely linked to FW resistance. The results showed that five QTLs associated with FW resistance were detected in two intraspecific populations using a composite interval mapping method under four different conditions. Four of these loci located on Chr. 2/Chr. 17 neighboring markers JESPR304 or CIR305 which explained 13.1 to 45.9% of the phenotypic effect. Furthermore, JESPR304 and CIR305 were previously testified and found to be tightly linked. It is possible that these four QTLs detected under different conditions were the same resistance QTL/gene. We consider that there is the possibility of a major FW resistant gene in intraspecific populations. In the interspecific mapping populations two QTLs were detected on Chr. 9 and Chr. 12/26 which explained great phenotypic variance of 49.4 and 45.7%. As the location of QTLs for FW resistance among the intraspecific and the interspecfic populations were totally different, it is suggested that there may be different resistance mechanisms between G. bardence L. and G. hursutum L. Thus, the present research provides an opportunity to understand the genetic control of resistance to FW in Gossypium hirsutum and Gossypium bardence and to conduct MAS in breeding programs to develop FW resistant cultivars.

Studies on Cotton Breeding Resistant to Fusarium and Verticillium wilt Diseases

Both Fusarium and Verticillium wilts are important soil-borne diseases,which can not be effectively controlled by chemical fungicides.The two diseases,especially Verticillium wilt,have

Test on Wilt-Resistance of Simple Hybrides F7 and Beckross Hybrid Lines F6 B1 of <i>G. hirsutum</i>L. of Cotton to New Virulent Isolates of Fungus <i>Fusarium verticillioides</i>and <i>Verticillium dahliae</i>

The article presents the results of studies on the resistance of hybrid cotton lines to a new virulent isolate (strain) of the fungus Fusarium verticillioides upon inoculation of the host plant. Based on the studies, it was found that the complex genotypic resistance of the studied lines, when the host plants are inoculated with isolates of -100 V. dahliae Kleb fungus and 103 Fusarium verticillioides fungi, depends on the degree of resistance of the parental forms and their combination ability.

氟节胺与杀菌剂复配防治棉花枯萎病的增效药剂筛选

为筛选有效防治棉花枯萎病的氟节胺与杀菌剂组合,并明确最佳药剂配比,以棉花枯萎病致病菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)为研究对象,采用菌丝生长速率法测定杀菌剂的毒力,采用Wadley的增效比率法评价复配剂的增效作用,通过室内盆栽试验验证其对棉花枯萎病的防治效果。结果显示,咯菌腈、嘧菌酯、枯草芽孢杆菌和氟节胺的有效抑制中浓度(EC_(50))分别为0.219、0.725、6.013、55.971 mg·L^(-1)。氟节胺与咯菌腈在复配比为10∶1时具有增效作用;氟节胺与枯草芽孢杆菌在复配比为10∶1、3∶1、1∶2和1∶3时均具有增效作用,其中复配比为1∶2时增幅最大;氟节胺与嘧菌酯复配无增效作用。室内盆栽试验结果表明,氟节胺与枯草芽孢杆菌按1∶2复配时棉花的病情指数最低,防治效果达77.11%,显著优于其他复配组合。综上所述,当棉花发生枯萎病时可使用氟节胺与枯草芽孢杆菌按1∶2复配进行防治。以上研究结果为防治棉花枯萎病提供了技术指导。

尖镰孢5-氧脯氨酸酶基因的鉴定及功能分析

【目的】5-氧脯氨酸酶(5-oxoprolinase,OXP)是γ-谷氨酰循环中6种核心酶之一。鉴定尖镰孢(Fusariumoxysporum)5-氧脯氨酸酶基因,明确其与尖镰孢致病力的关系,为解析尖镰孢致病分子机制以及棉花枯萎病防治提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法从尖镰孢基因组中鉴定FoOXP,分析其基因结构、编码蛋白的结构域、染色体定位及进化关系。通过基因敲除突变株和回补菌株分析FoOXP2突变后尖镰孢的表型,并检测突变株和野生型菌株对棉花幼苗的致病力差异。利用寄主诱导的基因沉默(host-inducedgenesilencing,HIGS)技术调查转化棉花的病级率及病情指数。利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测棉花中真菌生物量和转化FoOXP2干扰片段的棉花茎中FoOXP2的表达量。【结果】在尖镰孢基因组中共鉴定出两个FoOXP(FoOXP1和FoOXP2),其编码序列长度分别为4080和3921 bp,分别编码1359和1306个氨基酸,蛋白质分子量分别为14.90和14.07kDa,理论等电点分别为5.73和5.30。FoOXP1蛋白定位于线粒体,FoOXP2蛋白定位于细胞骨架。FoOXP1位于染色体JH657921,FoOXP2位于染色体JH657938,未形成基因簇,其序列相似性为52.00%。系统发育分析发现,FoOXP1和FoOXP2分属于两个亚群。与野生型菌株相比,FoOXP2敲除突变株产孢量和孢子萌发率显著降低,穿透能力丧失,对刚果红和山梨醇的耐受力有所增强,但对细胞壁胁迫(SDS和CFW)、氧化胁迫(H_(2)O_(2))和渗透胁迫(NaCl和KCl)更敏感。同时,对棉花的致病力显著下降。HIGS结果表明,接菌14和21 d后,FoOXP2基因沉默后的棉花植株发病明显减轻,其病情指数(17.3和40.2)显著低于对照(28.2和77.1),FoOXP2表达量和真菌生物量显著低于对照。【结论】FoOXP2正向调控尖镰孢的致病力,推测其在宿主-病原体互作过程中发挥重要作用。

3株内生菌对棉花枯萎病菌拮抗效果研究

[目的]探究3株棉花内生菌对棉花枯萎病菌的拮抗效果。[方法]以棉花枯萎病菌为试材,采用平板对峙法将3株内生菌菌悬液、上清液、菌挥发物分别对峙棉花枯萎病菌研究3株内生菌拮抗效果。[结果]3株内生菌菌悬液对棉花枯萎病菌的拮抗效果为O>T>DG3-1;3株内生菌上清液对棉花枯萎病菌的拮抗效果为T>O>DG3-1;3株内生菌菌挥发物对棉花枯萎病菌拮抗效果为DG3-1>T>O。并对抑制过的枯萎病菌菌丝形态进行显微观察,结果显示,菌丝出现空腔、断裂以及细胞壁部分溶解。重新培养抑制过的枯萎病菌,枯萎病菌可以正常生长,但生长较慢。[结论]3株内生菌对枯萎病菌生长有不同程度的影响。

生防菌代谢产物与化学杀菌剂对棉花枯萎病菌的抑制活性研究

目的:为更有效防治棉花枯萎病和研制新型生物农药提供技术依据,本研究探究生防菌代谢产物与化学杀菌剂对棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp.vasinfectum)的抑制活性。方法:采用对峙培养法、菌丝生长速率法测定生防菌、发酵上清液、脂肽粗提物以及化学杀菌剂对棉花枯萎病菌的抑制特性。结果:对峙培养法得出生防菌SJ06对棉花枯萎病菌的抑制率为78.24%。发酵上清液的浓度从6.25μL/mL增至100.00μL/mL对病菌的抑制率从46.90%增至80.30%,其对病菌的EC50为7.37μL/mL;脂肽粗提物的质量浓度从673.96μg/mL增至8 120.00μg/mL对病菌的抑制率从19.90%增至77.30%,对病菌的EC50为2 720.20μg/mL。棉花枯萎病菌对多菌灵、戊唑醇的敏感性较高,戊唑醇和多菌灵对病菌的EC50分别为0.34、0.49μg/mL;其次分别为腈菌唑、苯醚甲环唑和丙环唑,其对病菌的EC50分别为1.07、1.34、1.54μg/mL,而丙森锌对病菌的抑制活性较差,EC50为63.25μg/mL。结论:解淀粉芽孢杆菌发酵代谢物和戊唑醇等麦角甾醇生物合成抑制剂对棉花枯萎病菌具有较好的抑制活性。

外源褪黑素调控棉花枯萎病抗性研究

为探究外源褪黑素对棉花抗枯萎病的影响及作用机理,以海岛棉新海14号为材料,于叶面喷施不同浓度褪黑素(0、10、25、50、75、100μmol/L)后接种棉花枯萎病菌,对枯萎病菌侵染后棉花幼苗进行抗病性鉴定、抗病相关酶活性及基因表达分析。结果表明,外源褪黑素对棉花枯萎病菌的生长无抑制作用,10-100μmol/L褪黑素均能在一定程度上提高棉花对枯萎病的抗性,其中50μmol/L褪黑素处理效果最好。与对照相比,50μmol/L褪黑素预处理能有效减少接菌后棉花叶片中的过氧化氢(H2O2)含量和超氧阴离子(O2·-)的产生速率,增强过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、几丁质酶(CHT)、β-1,3葡聚糖酶(GLU)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性,并显著提高木质素代谢途径相关基因(GbPAL、Gb4CL和GbCAD)和类黄酮代谢途径关键基因(GbCHI、GbDFR和GbTT7)的表达量。表明50μmol/L的褪黑素处理能提高接菌后棉花抗氧化能力,增强防御酶活性,调控木质素、类黄酮代谢途径相关基因的表达,从而提高棉花对枯萎病的抗性。

基于EF-1α和β微管蛋白基因序列的棉花枯萎病菌遗传多样性和单倍型分析

【目的】通过分析棉花枯萎病菌的遗传多样性,探究新疆棉花枯萎病菌株的分群及其演化。【方法】2022年在新疆不同植棉区共分离出22株棉花枯萎病菌株,对延伸因子1α(elongation factor-1α,EF-1α)和β微管蛋白基因进行扩增、测序,并从美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)数据库获取36个棉花枯萎病菌株的相关基因序列信息。基于上述基因序列分别进行系统进化分析和单倍型分析。【结果】基于57条EF-1α基因序列的进化树分析表明,棉花枯萎病菌可分为3大群,第1大群包含来自新疆、河北和澳大利亚的共31个枯萎病菌株,该大群可分成4个亚群;第2大群包含25个枯萎病菌株,构成比较复杂,可分成3个亚群;第3大群仅包含美国菌株LA140。基于28条β微管蛋白基因序列的进化树分析表明,本次分离的新疆棉花枯萎病菌株与棉花枯萎病菌7号和8号生理小种不同。根据EF-1α基因序列构建的单倍型网络将棉花枯萎病菌株分为19个单倍型,新疆21个棉花枯萎病菌株归属于有共同起源的5种单倍型。【结论】本研究分离的新疆棉花枯萎病菌株与已报道的棉花枯萎病菌1~8号生理小种均不相同,但与河北菌株的亲缘关系较近。EF-1α单倍型分析表明,本研究中的所有棉花枯萎病菌均从1号生理小种演化而来。

棉花枯萎病室内苗期抗病性鉴定方法及评价

【目的】采用优化苗期抗病性鉴定方法及评价,研究陆地棉种质资源对枯萎病尖孢镰刀菌萎蔫专化型(Fusarium oxysporum f.sp.Momordicae)7号生理小种的抗病性,为棉花抗病育种提供基础抗源。【方法】以265份陆地棉为材料,利用伤根灌菌液法于室内进行棉花苗期枯萎病抗性鉴定,以新疆材料军棉1号为感病对照品种,调查记录病级,以相对病情指数作为评价抗性类型指标。【结果】无免疫(I)枯萎病的品种(系),具有高抗(HR)特性的品种(系)5份,抗病(R)特性的品种(系)78份、耐病(T)特性的品种(系)130份、感病(S)特性的品种(系)材料52份,占枯萎病抗性鉴定品种(系)总数的百分比分别为1.9%、29.4%、49.1%和19.6%。【结论】耐枯萎病的品种(系)最多,具抗病性品种(系)次之。

植物生长调节剂与杀菌剂互作防治棉花枯萎病及增效作用探究

本实验旨在筛选出能有效防治棉花枯萎病的植物生长调节剂与杀菌剂组合,并探究其增效机理,为植物生长调节剂与杀菌剂互作防治棉花枯萎病提供技术指导和理论依据。通过室内毒力测定挑选EC_(50)最小的2种杀菌剂;通过种子活力和分生孢子萌发实验确定植物生长调节剂的最适浓度;两者混用进行室内盆栽试验,测定两者互作的防治效果及增效作用;通过q RT-PCR测定茉莉酸(jasmonic acid,JA)和水杨酸(salicylic acid,SA)途径相关基因在棉花中的表达量。试验结果发现,5种杀菌剂中多菌灵和萎锈灵的EC_(50)最小,对枯萎病菌的毒力最强,EC_(50)分别为13.894 mg/L和29.566 mg/L;综合苄氨基嘌呤和萘乙酸2种植物生长调节剂对种子活力的影响和对枯萎病菌分生孢子萌发的影响,得到其最适防治浓度分别为5 mg/L和50 mg/L。杀菌剂与植物生长调节剂互作防治棉花枯萎病效果最好的为苄氨基嘌呤与多菌灵组合,防效可达80.95%,且具有显著增效作用;qRT-PCR结果显示,JA和SA途径相关基因在药剂处理的棉花中的相对表达显著增加。综上所述,植物生长调节剂与杀菌剂互作中苄氨基嘌呤与多菌灵组合可对棉花枯萎病进行有效防治,其可通过诱导棉花启动自身的JA和SA防御途径增强对棉花枯萎病的防治效果。

海岛棉与枯萎病菌的互作转录组分析

棉花枯萎病是棉花生产中常见的一种病害,目前在海岛棉中发病严重,直接影响海岛棉产量和品质,对海岛棉产业发展造成巨大威胁。为解析棉花与枯萎病菌尖孢镰刀菌互作的分子机制,以尖孢镰刀菌侵染48 h的抗感棉花根部组织及致病菌体为材料,利用RNA-seq测序技术分析尖孢镰刀菌与棉花互作的基因表达特性。结果表明,在抗感棉花品种中分别检测到15 218和9 358个差异基因,在侵染抗感棉花品种的尖孢镰刀菌中分别检测到3 708和3 656个差异基因。GO功能富集分析发现,互作后棉花中主要为氧化应激反应、生长素-激活信号通路、对刺激的反应、对受伤的反应和转录因子活性等基因功能;KEGG显著富集到内吞作用、植物激素信号转导、氨基酸生物合成、碳代谢、植物-病原菌互作、苯丙烷类生物合成等代谢途径,抗病品种在调控对刺激的反应和对受伤的反应中上调显著。GO功能富集分析发现,互作后尖孢镰刀菌中的差异表达基因多参与膜的组成部分、催化活性调节、ATP结合等类别;KEGG显著富集到过氧化物酶体,丝裂原活化蛋白激酶信号通路,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,碳代谢,氨基酸生物合成,淀粉和蔗糖代谢等通路。本研究为棉花响应枯萎病胁迫以及尖孢镰刀菌致病性研究提供了丰富的基因资源,为深入解析尖孢镰刀菌与棉花互作的机制研究奠定基础。

抗、感品种棉花根系分泌物对尖孢镰刀菌生长及基因表达的影响

为探究抗、感品种棉花根系分泌物对尖孢镰刀菌生长及基因表达的影响,以棉花感病品种新海14号(XH-14)和抗病品种新海41号(XH-41)为材料,将棉花根系分泌物与尖孢镰刀菌(F327)共培养,观察尖孢镰刀菌的生长;取培养0、6、12、24和48 h样本,进行RNA-seq。结果表明,与XH-41根系分泌物处理的菌落相比,XH-14根系分泌物处理的菌落生长速率快、孢子萌发率高、产孢量显著增加。GO(gene ontology)分析发现,XH-14根系分泌物处理的差异表达基因(differentialy expressed genes, DEGs)主要富集在氨基酸转运、脂肪酸生物合成过程、膜的组成部分、离子通道活性;XH-41根系分泌物处理的DEGs主要富集在跨膜转运、三羧酸循环、膜的组成部分、ATP酶活性。KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)分析发现,XH-14根系分泌物处理的DEGs主要富集在TCA循环、类胡萝卜素生物合成、谷胱甘肽代谢、核黄素代谢等代谢通路;XH-41根系分泌物处理的主要DEGs富集在碳代谢、其他聚糖降解、脂肪酸代谢、ABC运输工具等代谢通路。综合分析结果,获得24个与细胞壁降解酶相关的基因,其中感病品种棉花根系分泌物处理6 h下“水解酶活性、水解O-糖基化合物”基因富集数目最多。研究结果为筛选棉花枯萎病菌潜在的关键致病基因奠定基础,为棉花枯萎病的防控提供理论依据。

一种面向深度神经网络模型的棉花常见病害训练数据集

深度神经网络是棉花病害智能识别的一种重要方法。覆盖更多病害、土壤和环境信息的科学数据既是此类方法发展的基础,也是当前的关键制约因素之一。本文提出的棉花病害数据采集自中国海南省三亚市坡田洋高标准农田示范基地中的棉花种植田块,覆盖了炭疽病、细菌性角斑病、褐斑病和枯萎病四种常见棉花病害,包括3453张高分辨率的健康叶片和不同生长阶段的病叶图像。所有样品获取均采用田间随机采样方式,经筛选后由10名棉花病理学专家进行鉴定与标注,同时另选20名标注者对标注后图像进行随机重复标注以检测质量,Vision Transformer模型被引入以进一步验证数据集的稳定性。相对于其他同类数据集,当前数据集数据采集于复杂的田间环境,覆盖了常见棉花病害且具有高分辨率,可更好地服务于棉花病害智能识别模型、算法的研究、训练与验证。

一种新的棉花黄、枯萎病快速接种方法的研究

3种不伤根的棉花黄、枯萎病接种方法,即全生育期的田间病圃鉴定法、液体培养棉花苗期孢子悬浮液浸根法和土壤种植棉花苗期孢子悬浮液灌根法进行对比,结果表明,液体培养棉花苗期孢子悬浮液浸根法(接种浓度为107个分生孢子.mL-1)全周期只需要30d。通过这种方法,不仅可以鉴定出棉花品种对黄、枯萎病菌的抗、感病性,还可以鉴定不同黄、枯萎病菌菌株的致病力。对比不同浸根接种时间(10min、20min、30min、40min、50min、60min)对结果的影响,发现浸根接种40min可加快发病,鉴定结果和田间病圃鉴定的比较一致。

根系分泌物中糖和氨基酸对棉花枯萎菌的影响

通过对中棉、陆地棉（抗、感棉花枯萎病品种）和海岛棉根系分泌物中葡萄糖、蔗糖及不同氨基酸成分和含量的测定表明：棉花感病品种根分泌物中葡萄糖和蔗糖的含量是抗病品种的２～３倍；在所测定的６个棉花品种中共含有１２种氨基酸，其种类和含量依棉花品种不同而异。不同糖的浓度对菌落生长速度影响不大，但影响菌落的旺盛程度及色素的形成。在所测定的１２种氨基酸中，丙氨酸、天冬氨酸、组氨酸、脯氨酸和异亮氨酸对棉枯萎菌的生长略有刺激作用，精氨酸、谷氨酸、赖氨酸、丝氨酸则有抑制作用。

枯草芽孢杆菌对棉花枯、黄萎病的抑制作用研究

【目的】研究枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)生物学特性,测定枯草芽孢杆菌对棉花枯萎病菌和黄萎病菌的抑菌效果,对枯草芽孢杆菌的抑菌机理进行初步研究。【方法】菌丝生长速率法,平极对峙培养法,定期观察和显微镜法。【结果】枯草芽孢杆菌对温度和酸碱度的适应范围广,营养条件与枯黄萎病菌菌丝生长需要一致;棉花枯萎病菌培养至第7 d时,抑菌效果为88.8%,棉花黄萎病菌菌丝培养至20 d时,抑菌效果为86.5%;该菌对枯黄萎病菌具有明显的营养竞争和空间竞争作用,可以溶解致菌菌丝和导致菌丝畸形。【结论】该菌是一种适应性较强的微生物,枯草芽孢杆菌对棉花枯萎病菌和黄萎病菌具有明显抑制作用,枯草芽孢杆菌可用于新疆地区棉花枯萎病菌和黄萎病的防治。

转几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因提高棉花对枯萎病和黄萎病的抗性

枯、黄萎病是世界棉花生产中的两大重要病害。传统育种缺乏抗源,几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶是植物防御体系中的两种防卫因子,两者之间存在协同增效作用。据此构建了4个单价和2个双价基因(分别定位于细胞内或细胞外)的植物表达载体,通过花粉管通道法转化棉花,经PCR和Southern杂交检测以及1996～2000年温室及病圃多代筛选鉴定,已培育出对枯、黄萎病抗性提高的转基因棉花株系。将抗病基因导入国产抗虫棉品种GK19中,还获得了兼抗病、虫的转基因优系。

棉花对枯黄萎病的抗性鉴定及病害对产量的影响

对来自长江流域棉区的 5 0份陆地棉新品系 (品种 )进行了抗枯萎病 (Fusariumvasinfectum)或抗黄萎病 (Verticilliumalboatrum)鉴定 ,并从中选择 10个新品系为试验材料 ,对枯萎病和黄萎病各级病株所造成的籽棉产量损失进行了研究。试验结果表明 :(1)有 4个品系抗枯萎病 ,占抗枯萎病鉴定材料 (40份 )的 10 0 % ;耐病 2 7个 ,占 6 7 5 % ;感病 9个 ,占2 2 5 %。 (2 )有 1个品系抗黄萎病 ,占抗黄萎病鉴定材料 (30份 )的 3 3% ;耐病 2 6个 ,占 86 7% ;感病 3个 ,占 10 0 %。 (3)棉花枯萎病株 ,不同的发病级别与健株相比造成的籽棉减产百分率分别为 :Ⅰ级 32 0 % ;Ⅱ级 5 2 9% ;Ⅲ级 6 8 7% ;Ⅳ级83 4 %。 (4)棉花黄萎病株不同的发病级别与健株相比所造成的籽棉减产百分率为Ⅰ级 30 3% ;Ⅱ级 5 1 9% ;Ⅲ级6 8 4 % ;Ⅳ级 86 7%。