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.

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.

Development and identification of Verticillium wilt-resistant upland cotton accessions by pyramiding QTL related to resistance

Cotton Verticillium wilt is a serious soil-borne disease that leads to significant losses in fiber yield and quality worldwide. Currently, the most effective way to increase Verticillium wilt resistance is to develop new resistant cotton varieties. Lines 5026 and 60182 are two Verticillium wilt-resistant upland cotton accessions. We previously identified a total of 25 quantitative trait loci（QTLs） related to Verticillium wilt resistance from 5026 and 60182 by assembling segregating populations from hybridization with susceptible parents. In the current study, using 13 microsatellite markers flanking QTLs related to Verticillium wilt resistance, we developed 155 cotton inbred lines by pyramiding different QTLs related to Verticillium wilt resistance from a filial generation produced by crossing 5026 and 60182. By examining each allele＇s effect and performing multiple comparison analysis, we detected four elite QTLs/alleles（q-5/NAU905-2, q-6/NAU2754-2, q-8/NAU3053-1 and q-13/NAU6598-1） significant for Verticillium wilt resistance, pyramiding these elite alleles increased the disease resistance of inbred lines. Furthermore, we selected 34 elite inbred lines, including five lines simultaneously performing elite fiber quality, high yield and resistance to V. dahliae, 14 lines with elite fiber quality and disease resistance, three lines with high yield and disease resistance, and 12 lines with resistance to V. dahliae. No correlation between Verticillium wilt resistance and fiber quality traits/yield and its components was detected in the 155 developed inbred lines. Our results provide candidate markers for disease resistance for use in marker-assisted breeding（MAS）, as well as elite germplasms for improving important agronomic traits via modern cotton breeding.

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。

棉花GhRAR1基因调控棉花抗黄萎病机理的研究

棉花黄萎病是一种严重影响棉株生长的土传维管束真菌病害。挖掘抗性基因,解析抗病机制,对创制棉花抗病种质防御棉花黄萎病具有重要意义。本研究从抗病棉花品种‘中植棉2号’中获得GhRAR1基因,采用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术、基因过表达及qRT-PCR技术探究GhRAR1介导的棉花抗黄萎病机制。结果表明,GhRAR1的表达受棉花黄萎病菌诱导。GhRAR1沉默棉株对黄萎病菌敏感性增强,表现为植株病情指数升高、叶片萎蔫、茎部维管束组织褐变加重。GhRAR1沉默棉株中活性氧(ROS)生成基因GhRbohD表达量低,H_(2)O_(2)积累量少。过表达GhRAR1基因的拟南芥植株对棉花黄萎病抗性增强,AtRbohD表达量高,H_(2)O_(2)积累量多,发生过敏反应(HR),菌丝扩散被抑制。推测GhRAR1可能调控ROS积累和HR,从而介导棉花对黄萎病菌的抗性。

18份国外棉花种质黄萎病抗性鉴定与筛选

【目的】鉴定与筛选18份国外棉花种质黄萎病抗性、农艺性状,为丰富新疆棉花资源库提供黄萎病抗性资源。【方法】2018、2019年调查棉花农艺性状、黄萎病发病,检测吐絮期测产、取样考种、纤维品质。对主要农艺性状进行方差、各指标相关性、病情指数聚类分析。【结果】18份国外种质均为中早熟性类型;均为中等株高;果枝始节差异不显著,黄萎病高抗株系占5.55%,抗病占27.77%,耐病占44.44%,感病占22.22%;病情指数除了与有效果枝、马克隆值呈正相关,与其余指标呈负相关。病情指数聚类为抗、耐、感病三类,其中,4号为高抗材料。【结论】抗病材料6份分别为2、4、6、9、11、16号,耐病材料8份分别为1、3、5、7、8、12、14、15号,感病材料4份分别为10、13、17、18号;籽棉产量较高材料5份分别为3、4、9、11、15号,纤维品质较优材料3份分别为1、9、11号;筛选出2份抗病高产优质种质资源为9号和11号。

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。

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。

中国棉花抗枯、黄萎病育种50年

综述了我国棉花抗枯、黄萎病育种研究进展 ,内容包括 5 0年来取得的成就、经验 ,存在的问题及对策 ,是对我国棉花抗病育种工作较为全面的总结。

中国抗枯、黄萎病陆地棉材料分子水平的遗传差异评价

采用SSR和AFLP分子标记技术,对中国不同年代培育的54个抗枯、黄萎病陆地棉品种(系)分子水平的遗传差异进行了研究。22对SSR引物和20个AFLP引物组合共扩增出446个多态性标记,每个品种平均8.26个。采用SPSS11.5软件计算欧氏距离,中国抗病品种间欧氏距离分布在5.568～11.790之间,平均值为8.906;单一品种欧氏距离平均值为8.530～10.011,高于欧氏距离总平均值的品种共10个,占品种总数的18.52%;85.55%的品种欧氏距离值分布于7.000～10.000之间,表明中国供试抗病品种群体的遗传基础较为狭窄。作为比较对照的4个国外品种间欧氏距离变化在9.055～10.724之间。国内品种与国外品种之间的欧氏距离介于6.481～12.490,82.02%的品种欧氏距离值分布于8.000～11.000之间,表明国外品种与国内品种之间遗传差异较大。基于SSR和AFLP整合数据的聚类分析,58个品种被划分为5个SAG(SSR&AFLP-basedgroups)分子类群,SAG的划分与品种系谱来源有较强的相关性。

我国棉花抗枯、黄萎病骨干品种(系)基于AFLP的遗传多样性

利用AFLP分子标记技术,对我国20世纪50年代开展抗枯、黄萎病育种以来培育的105份骨干品种(系)的遗传多样性进行了研究。结果表明,筛选的20个AFLP引物组合在该品种群体中扩增了1498个AFLP标记,其中多态性标记232个,占总标记数的15.5%。单一引物组合扩增的DNA标记数变化在49111之间,平均每个引物组合扩增的总标记和多态性标记分别为74.9和11.6。在该抗病品种群体中,有46个品种(系)具有特异标记,占品种总数的43.81%,其中引物组合E41/M50可使10个品种产生特异标记。品种(系)之间的成对欧氏距离总平均值为4.353,变幅为1.7326.708,单一品种欧氏距离平均值变幅为3.5315.705,高于总平均值的品种数不足50%,表明该陆地棉抗病品种群体的遗传多样性较低。基于AFLPs多态性数据的聚类分析,105个品种(系)被划分为5个陆地棉品种类群(Uplandcottongroups,UCGs),每个UCG包含的品种数目不同。

施用微生物有机肥对棉花抗病性相关酶活性的影响

报道了一种专性微生物有机肥(BOF)对棉花黄萎病的防治效果。在连续3季的盆栽试验中,施用该种微生物有机肥能够有效防治棉花黄萎病,尤其是在营养钵育苗土和大盆钵移栽土中都施用微生物有机肥的处理(BOF+BOF)防治效果最佳,三季的防治率依次分别为85.7%、75.0%和100.0%。棉花黄萎病爆发前期BOF+BOF处理植株体内过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶活性是对照的1倍以上。表明微生物有机肥通过提高植株体内防御性相关酶活性,进而提高棉花植株对黄萎病的抗性。

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%。

棉花黄萎病研究进展

由大丽轮枝菌引起的棉花黄萎病已成为当前我国棉花可持续生产的主要障碍之一。该病害为土传种传维管束病害,具有病原菌寄主范围广,防治困难的特点。本文综述了近年来国内外有关其病原菌的致病力分化、全基因组测序与致病机制、微菌核形成与萌发机制,寄主的抗病分子机制以及病害防治措施等方面的最新研究进展。

我国棉花抗枯黄萎病品种纤维品质遗传改良评价

对我国108个抗枯、黄萎病骨干品种的纤维品质进行了分析,整体表现纤维较长,27mm以下的品种较少;比强度平均值较低,但也有少数高强力品种;马克隆值较大,纤维较粗。20世纪60-90年代抗病育种对纤维品质未明显改进,纤维长度、比强度、马克隆值平均值均无显著增长;但纤维长度类型更加丰富,纤维长度最大值有所增加,最高强力品种的比强度值逐渐提高,90年代品种中有较细纤维类型。从中筛选出纤维长度在33mm以上,比强度在33.2cN/tex以上,纤维整齐度在87.1%以上,马克隆值在3.8-4.3之间的品种各10个,筛选出纤维品质指标综合优良的品种9个。

棉花远缘杂交创制抗黄萎病新种质

本研究通过陆地棉与异常棉、辣根棉、旱地棉、雷蒙德氏棉、黄褐棉等野生棉的远缘杂交和回交等,育成65份陆地棉背景的远缘种质系。农艺性状鉴定结果 ,这些种质系的株高平均值与陆地棉品种处于相同水平,单株果枝数、单株果节数、单株结铃数、铃重、衣分平均值均低于陆地棉品种,纤维长度、断裂比强度均高于陆地棉品种,马克隆值均低于陆地棉品种。落叶型黄萎病菌系V991人工病圃抗性鉴定结果,从65份陆地棉背景的远缘种质系中获得5份抗黄萎病的棉花新种质系,其中苏远040、苏远045、苏远061病情指数分别为8.33、4.35、7.79,高抗黄萎病;苏远030、苏远034病情指数分别为12.35、13.70,抗黄萎病。追踪陆地棉抗黄萎病新种质系的亲缘关系发现,苏远040和苏远045为陆地棉与雷蒙德氏棉杂交后代,苏远061为陆地棉与黄褐棉杂交后代,苏远030和苏远034为陆地棉与旱地棉杂交后代。这些优质、抗黄萎病新种质的育成,拓宽了陆地棉的遗传基础,为我国棉花抗病新品种选育提供种质材料。

棉花抗枯、黄萎病育种技术研究

目的研究棉花抗枯、黄萎病育种技术,选育棉花抗枯、黄萎病的多抗性新品种。方法试验采用致病力强的菌种,培养备制成棉枯萎病棉籽粉载菌体和棉黄萎病孢子悬浮液,研究不同菌量、不同接菌方法、致病温度因素、病圃接菌选择及多抗病性育种选择技术指标。结果播前土壤接棉枯萎病菌棉籽粉载菌体,棉苗2片真叶时,伤根接黄萎病菌孢子悬浮液,盖膜保温诱导发病,淘汰感病群体及感病个体。大田病圃是在重病地接种发病棉杆,移栽时再用棉黄萎病菌孢子悬浮液沾根,发病高峰淘汰棉枯、黄萎病感病群体及感病个体,结合丰产、优质性状的遗传选择,培育出抗病棉花品种。结论该项技术是在研究棉花苗期诱导抗性和大田病圃筛选相结合构建的新方法。

黄萎病菌诱导下陆地棉抗病品种SSH文库的构建

采用抑制差减杂交技术,构建了陆地棉抗病品种冀棉20经黄萎病菌诱导8h、12h、24h、48h后的混合SSH文库,文库共包含800个阳性克隆。对质粒的酶切和巢式PCR结果表明,插入片段大小平均为400bp。随机挑选20个阳性克隆进行测序,利用BLASTn和BLASTx进行序列相似性分析,发现20条EST都可以找到功能已知的同源序列,其中在BLASTn比较结果中,功能已知的有12条,占全部EST的60%;BLASTx的比较结果中有14条功能已知,占全部EST的70%。这些同源序列涉及到10种与抗病防御相关的基因,包括丝氨酸/苏氨酸激酶、谷胱甘肽-S-转移酶、乙醇脱氢酶、细胞色素P450、ACC氧化酶等。将这些序列与GenBank dbEST库进行比对,发现75%的EST都可以找到同源性较高的序列,它们都来自于植物在生物与非生物胁迫条件下特异表达的cDNA文库,这些胁迫包括病原菌诱导、低温处理、紫外线照射、热激处理、盐处理、氧胁迫、水杨酸诱导等。

棉花抗黄萎病新抗源种质川737、川2802的抗性研究

采用不同棉黄萎病菌系及枯萎病菌系，对新种质川７３７、川２８０２进行病圃抗性鉴定及不同区域的抗性测定研究。结果表明，川７３７、川２８０２对我国棉黄萎病三大生理型１１个不同菌系的抗性均好，又抗落叶型棉黄萎病，并高抗棉与枯萎病，是我国抗棉黄萎病多菌系，且高抗枯萎病的新抗源种质，在棉花抗病育种中，具有广泛的利用价值和重大的学术意义。