利用FBP7::iaaM轉(zhuǎn)基因材料同步改良短季棉品種晉棉11纖維產(chǎn)量和品質(zhì)

丁曉艷 趙 娟 錢山山 閻星穎 裴 炎

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利用轉(zhuǎn)基因材料同步改良短季棉品種晉棉11纖維產(chǎn)量和品質(zhì)

丁曉艷 趙 娟 錢山山 閻星穎 裴 炎*

西南大學(xué)生物技術(shù)中心, 重慶 400716

棉花在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有舉足輕重的地位。短季棉品種有利于提高土地利用率, 對(duì)于人多地少的中國(guó)來說, 發(fā)展短季棉對(duì)棉花的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此, 提高短季棉品種的產(chǎn)量和品質(zhì)成為當(dāng)前棉花育種的重要課題。前期工作中我們通過時(shí)空精確調(diào)控基因, 適當(dāng)增加生長(zhǎng)素在棉花胚珠種皮中的水平, 獲得了纖維產(chǎn)量和細(xì)度同步改良的轉(zhuǎn)基因棉花材料IF1-1 ()。本文通過回交育種, 將基因?qū)氲鸵路?、高馬克隆值的短季棉品種晉棉11, 獲得了衣分提高、馬克隆值降低、同時(shí)保留早熟特點(diǎn)的回交后代JBC4。連續(xù)2年的田間試驗(yàn)表明, JBC4的衣分比回交親本提高了12.8%, 小區(qū)纖維產(chǎn)量增加56.3%, 馬克隆值降低10.7%。說明該轉(zhuǎn)基因性狀能在雜交和回交過程中穩(wěn)定遺傳, 可用于棉花產(chǎn)量和馬克隆值的定向改良。

生長(zhǎng)素; 轉(zhuǎn)基因; 短季棉; 回交; 衣分; 馬克隆值

棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物, 棉花產(chǎn)量關(guān)系著我國(guó)2000萬棉農(nóng)的生計(jì)和紡織工業(yè)的健康發(fā)展。我國(guó)人多地少, 在保證國(guó)家糧食安全的情況下, 棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必須依靠科技協(xié)作與技術(shù)創(chuàng)新[1]。發(fā)展短季棉可充分利用溫光水等資源, 解決茬口矛盾[2],同時(shí)有利于避開蟲害, 提高植棉效益。但短季棉普遍存在產(chǎn)量較低、品質(zhì)較差的缺點(diǎn), 限制了其推廣應(yīng)用。因此, 培育豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的短季棉新品種, 已成為我國(guó)棉花育種的重要目標(biāo)[3]。

于實(shí)驗(yàn)室利用種皮特異啟動(dòng)子, 在開花當(dāng)天的胚珠表皮精確時(shí)空調(diào)控生長(zhǎng)素合成基因, 通過遺傳轉(zhuǎn)化獲得了棉花纖維產(chǎn)量與品質(zhì)同步改良的轉(zhuǎn)基因材料[4]。該材料能夠顯著提高棉花衣分, 降低棉花的馬克隆值, 且對(duì)其他產(chǎn)量性狀以及纖維品質(zhì)性狀無負(fù)面影響。為了評(píng)估該轉(zhuǎn)基因材料在棉花品種改良中的應(yīng)用價(jià)值及驗(yàn)證轉(zhuǎn)基因性狀的穩(wěn)定性, 我們以早熟但衣分低、馬克隆值高的短季棉品種晉棉11[5]為對(duì)象, 通過雜交和連續(xù)回交將導(dǎo)入晉棉11, 獲得了衣分提高、馬克隆值下降、同時(shí)保留晉棉11早熟特性的新材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

抗病輪回親本短季棉晉棉11由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬峙英教授提供, 供體為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)基因材料IF-1株系。

1.2 回交轉(zhuǎn)育方法

以轉(zhuǎn)基因材料為父本與晉棉11雜交, 再與輪回親本晉棉11回交。通過GUS染色和PCR分子檢測(cè)在回交后代鑒定帶有目的基因的植株,以之為父本與晉棉11雜交。為加快育種速度, 每年冬季于溫室繁殖和回交。連續(xù)回交4次, 在其自交后代中鑒定出轉(zhuǎn)基因不分離的純合植株, 隔離繁殖后得到回交株系JBC4。2013年將純合株系種植于西南大學(xué)試驗(yàn)田, 按常規(guī)方法進(jìn)行田間管理, 觀察表型。于2014—2015年進(jìn)行田間隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)。

1.3 陽性植株的篩選

取回交后代幼苗葉片放入96孔板, GUS染液浸染過夜, 保留藍(lán)色陽性植株, 舍去陰性植株, 再利用Aidlab植物基因組DNA快速提取試劑盒提取陽性植株的DNA, 用上海Novoprotein公司2×Master MIX (Quick Load)進(jìn)行基因PCR擴(kuò)增篩選?？偡磻?yīng)體系為20 μL, 包含DNA模板2 μL、2×Master Mix 10 μL、上下游引物各1 μL、ddH2O 6 μL。溫度循環(huán)參數(shù)為95℃預(yù)變性5 min; 95℃變性30 s, 56℃退火30 s, 72℃延伸30 s, 35次循環(huán); 72℃延伸10 min。基因PCR篩選上下游引物為, iaaMup: 5￠-ATGAATTGGACCGCAGGGTT-3￠和iaaMdn: 5￠-A TTTCGGCCACGACACTAGG-3￠。擴(kuò)增后取10 μL電泳。

1.4 定量PCR反應(yīng)

按照EASYspin植物RNA快速提取試劑盒(艾德萊生物公司, 北京)操作說明書提取開花當(dāng)天胚珠的總RNA。參照TaKaRa公司PrimeScript RT reagent Kit with gDNA Eraser試劑盒說明書合成cDNA。用實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(Bio-Rad, CFX96型)進(jìn)行定量PCR。反應(yīng)體積為20 μL, 包含10 μL 2×SYBR Green Supermix、0.5 μL上下游特異引物、4 μL H2O、5 μL cDNA模板。擴(kuò)增條件為95℃預(yù)變性3 min; 95℃變性20 s, 56℃退火20 s, 72℃延伸30 s, 40次循環(huán)。檢測(cè)基因所用的引物為iaaMRTup: 5￠-GGCGCGGGCAACAGTGAGT-3￠和iaaMRTdn: 5￠-GAAATGCCAGCGCCAATGACC-3￠。內(nèi)參基因(AF024716)引物為GhHIS3RTup 5￠-GAA GCCTCATCGATACCGTC-3￠, GhHIS3RTdn 5￠-CTA CCACTACCATCATGGC-3￠, 目的基因和內(nèi)標(biāo)的比值即為目的基因在開花當(dāng)天胚珠中的相對(duì)表達(dá)量。

1.5 IAA激素含量的測(cè)定

參照Zhang 等[4]的方法提取IAA, 取開花當(dāng)天胚珠在液氮中研磨成粉, 稱取0.1 g 裝于10 mL離心管, 加5 mL激素提取液(80%的甲醇含10 ng13C6-IAA作為內(nèi)標(biāo)), 于-20°C 浸提過夜?；旌衔镉?600×, 4℃離心15 min, 取上清液于40℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)干燥。用5 mL 0.1 mol L–1醋酸溶液復(fù)溶殘?jiān)?。? mL甲醇活化Sep-Pak Plus tC18 cartridge, 經(jīng)0.1 mol L–1醋酸溶液平衡。將溶解的樣品緩慢上柱, 經(jīng)4 mL 17%甲醇(0.1 mol L–1醋酸稀釋)漂洗后, 以6 mL 40%甲醇(0.1 mol L–1醋酸稀釋)緩慢洗脫樣品并收集。通過減壓蒸餾將純化后樣品溶于1.5 mL甲醇, 濃縮干燥后待用。檢測(cè)方法參考Zeng等[6], 用100 μL 10%甲醇溶解干燥樣品, 16 200×離心15 min, 上樣20 μL于4000 Q TRAP LC/MS/MS系統(tǒng)(AB sciex, USA)用Zorbax Eclipse XDB-C18分析柱(2.1 mm×150.0 mm, 粒徑3.5 μm, Agilent, USA)分離。流動(dòng)相程序?yàn)橐?.16 mL min–1的流速, 用10%甲醇(0.01%醋酸稀釋)維持5 min, 30 min時(shí)將流動(dòng)相A濃度提高到85%, 之后進(jìn)行清洗和平衡程序。質(zhì)譜以選擇離子檢測(cè)正離子方式檢測(cè)IAA (m/z=176)和13C6-IAA (m/z=181), 并通過峰面積定量分析。

1.6 開花當(dāng)天胚珠電鏡掃描

參照Zhao等[7]的方法, 略有改動(dòng)。取開花當(dāng)天早上的花朵, 于S-3400N (Hitachi, Japan)電鏡掃描儀上檢測(cè)樣品和野生型子房靠近中部的胚珠, 選取纖維細(xì)胞密度最高的胚珠中部位置掃描, 在300倍下照相, 用Photoshop軟件畫出電鏡照片相同部位相同面積, 在每個(gè)突起上計(jì)數(shù)。統(tǒng)計(jì)每植株4個(gè)花朵, 每朵花1個(gè)胚珠, 取平均值作為單位面積的突起數(shù)目。

1.7 成熟纖維統(tǒng)計(jì)

參照Zhang等[4]的方法, 略有改動(dòng), 測(cè)定種子成熟纖維數(shù)量。隨機(jī)取20粒棉花子棉, 手工脫絨, 稱取全部纖維重量(W1)。從中取5束重約1.5 mg的纖維。理順后, 稱取每束纖維重量(W2)。將纖維束用沸水煮10 min, 然后冷卻至室溫, 置水中備用。用無塵濾紙吸去纖維束水分, 從中剪取3個(gè)約1~2 mm長(zhǎng)的截段。分別將每段纖維均勻分散于6滴水中, 于顯微鏡下觀察并照相。利用Photoshop計(jì)數(shù)每個(gè)液滴中的纖維段數(shù)量, 計(jì)算出每束纖維的平均纖維數(shù)量(N2)。每粒棉籽成熟纖維數(shù)目N1 = (W1/20)/(W2/ N2)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí), 去除極大值和極小值。

1.8 田間性狀統(tǒng)計(jì)

按照《國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)方案》, 設(shè)計(jì)隨機(jī)區(qū)組田間試驗(yàn)。以輪回親本為對(duì)照組, 回交后代純合子JBC4為試驗(yàn)組, 種植于重慶市西南大學(xué)試驗(yàn)地中。小區(qū)面積20 m2, 行距1 m, 間距0.33 m, 每行15株, 每小區(qū)60株, 重復(fù)3次。

于105 DAS (播種后天數(shù)，days after sowing), 從每小區(qū)隨機(jī)選取5株棉花, 測(cè)定株高。130 DAS從每小區(qū)隨機(jī)選取5株統(tǒng)計(jì)單株果枝數(shù)及棉鈴數(shù)。8月中旬至9月中旬所收棉花考種。鈴重=子棉重量/鈴數(shù)。衣分=纖維重量/子棉重量100%。子指=100粒棉花種子的重量。衣指=單鈴重/單鈴種子數(shù)×100-子指。單株子棉產(chǎn)量=鈴重×鈴數(shù)。小區(qū)子棉產(chǎn)量=單株子棉產(chǎn)量×60。皮棉產(chǎn)量=子棉產(chǎn)量×每區(qū)衣分。在河南安陽農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)棉花纖維樣品上半部平均長(zhǎng)度、整齊度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率和斷裂比強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 回交后代的分子鑒定

2010年至2013年, 以輪回親本晉棉11為母本,轉(zhuǎn)基因材料供體親本為父本雜交并連續(xù)回交?；亟缓蟠?jīng)GUS染色, 篩選出陽性植株, 再提取陽性植株DNA, 以此為模板擴(kuò)增目的基因(圖1)。以擴(kuò)出基因片段的陽性植株為父本再同輪回親本回交, 在回交第4代中選擇含目的基因的陽性植株自交, 自交后代出苗后取棉花子葉進(jìn)行GUS染色, 統(tǒng)計(jì)其陽性植株與陰性植株數(shù)量, 卡方檢測(cè)結(jié)果顯示, 其后代陽性植株與陰性植株符合孟德爾遺傳定律3︰1的分離比例(表1)。

圖1 回交后代iaaM基因PCR擴(kuò)增部分篩選圖

M: marker 2000; J11: 晉棉11; FM:; 其余泳道為回交后代植株JBC4。

M: marker 2000; J11: Jinmian 11; FM:; the rest lanes are progenies ofbackcross.

表1 回交4代轉(zhuǎn)基因陽性植株自交后代的GUS分離比例

c20.05,1=3.84

2.2 轉(zhuǎn)基因回交導(dǎo)入系的表型

轉(zhuǎn)基因回交導(dǎo)入系JBC4與輪回親本晉棉11相比, 株高、株型和葉片等外觀表型無明顯差異(圖2, 圖3)。且JBC4的始花期提前, 從出苗到吐絮的時(shí)間與晉棉11一致(約115 d), 吐絮較IF-1株系及其供體親本冀棉14提前了2周左右?；蚰茉诨亟粚?dǎo)入系中正常轉(zhuǎn)錄(圖4-A)。JBC4開花當(dāng)天胚珠的IAA含量比晉棉有所提高(圖4-B), 電鏡掃描觀察表明, JBC4相比母本開花當(dāng)天胚珠表面突起顯著增加(圖4-C)。JBC4回交導(dǎo)入系的單粒種子表面的成熟纖維數(shù)量明顯增多(圖4-D)。這表明轉(zhuǎn)基因材料在晉棉11的遺傳背景下行使了其合成IAA的功能。

2.3 田間比較試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步評(píng)估轉(zhuǎn)基因性狀的效果, 驗(yàn)證其遺傳穩(wěn)定性, 2014―2015年將純合的JBC4與晉棉11進(jìn)行田間區(qū)組試驗(yàn)。結(jié)果表明(表2), 與晉棉11相比, 晉棉回交后代的馬克隆值分別下降了12.68%和8.70%; 衣分分別增加25.40%和19.13%; 其單株鈴數(shù)、單鈴種子數(shù)、衣指明顯提高。雖然子指有所下降(表3), 但最終子棉產(chǎn)量以及纖維產(chǎn)量均有明顯提高(表2), 這與轉(zhuǎn)基因棉花表型一致。觀察發(fā)現(xiàn), JBC4的開花時(shí)間同晉棉11一致, 比親本轉(zhuǎn)基因株系及其受體冀棉14提前1周左右。表明利用雜交的方式導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因性狀, 通過回交使轉(zhuǎn)基因置于回交親本的遺傳背景下, 在提高回交后代的產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí), 保留了回交親本短季棉的優(yōu)點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的定向改良。

圖2 晉棉11與JBC4株高比較

圖3 晉棉11與JBC4田間表型比較

圖4 晉棉11與JBC4的iaaM基因轉(zhuǎn)錄水平、IAA含量、胚珠表面突起和成熟纖維數(shù)量比較

A:相對(duì)表達(dá)量; B: 開花當(dāng)天胚珠中IAA激素含量; C: 開花當(dāng)天胚珠表面纖維細(xì)胞突起數(shù)量; D: 棉花單粒種子成熟纖維數(shù)目。J11: 晉棉11; JBC4: 晉棉11與回交4代純合后代。采用Student'stest檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù); *和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

A:relative expression ofgene; B: the content of IAA in 0 DPA ovule; C: the initial density of fiber in 0 DPA ovule; D: number of mature fibers per seed. J11: Jinmian 11; JBC4: the fourth generation of homozygous progenies ofbackcross. The significant difference was analyzed by Student’s-test. * Significant at the 0.05 probability level.** Significant at the 0.01 probability level.

表2 2014–2015年晉棉11和回交后代JBC4纖維品質(zhì)以及產(chǎn)量比較

J11: 晉棉11; JBC4: 晉棉11與回交4代純合后代。利用單因素方差分析,*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

J11: Jinmian 11; JBC4: the fourth generation of homozygous progenies ofbackcross. The significant difference was analyzed by one-way ANOVA.*Significant at the 0.05 probability level.**Significant at the 0.01 probability level.

表3 2014–2015年晉棉11和回交后代JBC4產(chǎn)量因子比較

J11: 晉棉11; JBC4: 晉棉11與回交四代純合后代。利用單因素方差分析,*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

J11: Jinmian 11; JBC4: the fourth generation of homozygous progenies ofbackcross. The significant difference was analyzed by one-way ANOVA.*Significant at the 0.05 probability level.**Significant at the 0.01 probability level.

表4 2015年珂字100和回交后代KBC4纖維品質(zhì)以及產(chǎn)量比較

K100: 珂字100; KBC4: 珂字100與回交4代。數(shù)據(jù)分析采用Student’stest檢驗(yàn),*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

K100: Coker 100; KBC4: the fourth generation of progenies ofbackcross. The significant of the difference was analyzed by Student’s-test.*Significant at the 0.05 probability level.**Significant at the 0.01 probability level.

表5 2015年珂字100和回交后代KBC4產(chǎn)量因子比較

K100: 珂字100; KBC4: 珂字100與回交4代。數(shù)據(jù)分析采用Student’stest檢驗(yàn),*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

K100: Coker 100; KBC4: the fourth generation of progenies ofbackcross. The significant difference was analyzed by Student’s-test.*Significant at the 0.05 probability level.**Significant at the 0.01 probability level.

3 討論

棉花主要的經(jīng)濟(jì)性狀均屬于數(shù)量性狀, 受微效多基因控制。其產(chǎn)量與纖維品質(zhì)之間表現(xiàn)遺傳上的緊密負(fù)相關(guān)[8]。傳統(tǒng)育種同步改良棉花纖維產(chǎn)量及品質(zhì)難度大。Zhang等[4]利用種皮啟動(dòng)子, 在胚珠表皮中表達(dá)來源于細(xì)菌的生長(zhǎng)素合成基因, 使開花當(dāng)天纖維突起數(shù)目增多, 成熟纖維數(shù)量增加, 同時(shí)其馬克隆值也顯著下降, 棉花纖維產(chǎn)量以及品質(zhì)得到同步改良, 獲得了纖維產(chǎn)量和細(xì)度同步改良的轉(zhuǎn)基因棉花材料IF1-1 (FBP7::iaaM); 劉存敬等[9]利用IF1-1材料, 同16個(gè)陸地棉雜交, 利用雜種優(yōu)勢(shì)獲得了新的高衣分種質(zhì), 實(shí)現(xiàn)了該種質(zhì)的育種應(yīng)用。針對(duì)短季棉品種晉棉11衣分低、馬克隆值高的缺點(diǎn), 本研究以此轉(zhuǎn)基因材料為供體親本, 通過雜交導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因性狀, 再經(jīng)連續(xù)回交使該性狀在晉棉11的遺傳背景下表達(dá), 其回交純合后代在短季棉早熟性和株型等性狀上和晉棉11基本一致, 且衣分提高、馬克隆值降低, 實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因性狀的定向轉(zhuǎn)移。的表達(dá)可提高胚珠表皮生長(zhǎng)素的含量。檢測(cè)結(jié)果表明, 回交純合株系JBC4開花當(dāng)天的胚珠IAA激素含量提高。與晉棉11相比, 回交后代開花當(dāng)天的胚珠纖維突起數(shù)量增加了29.65%; 成熟纖維數(shù)量增加了12.8%。2015的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示, 回交純合株系JBC4的衣分提高到37.1%, 比回交親本(31.2%)提高了18.9%, 纖維產(chǎn)量提高了50.2%, 馬克隆值從5.4下降到4.9, 這同基因在以冀棉14為受體的遺傳背景下表達(dá)的結(jié)果相近(衣分從40.6%提高到48.0%以上, 馬克隆值從5.2下降到4.5)。說明在晉棉11的遺傳背景下同樣能正常行使其功能。同時(shí)我們還以從美國(guó)引進(jìn)的珂字100為回交親本進(jìn)行了轉(zhuǎn)育, 珂字100的特點(diǎn)是種子大, 纖維馬克隆值為B級(jí), 但衣分較低。2015年田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示, 回交4代KBC4的衣分提高了7.5%, 纖維產(chǎn)量提高了30.5%。值得一提的是, 珂字100的馬克隆值為4.93, 而KBC4為4.63, 馬克隆值降低了4.2% (表4和表5), 說明在珂字100的背景下,的表達(dá)同樣提高了衣分, 降低了馬克隆值。劉宏偉等[10]利用該材料通過回交手段改良“華雜棉H318”, 轉(zhuǎn)入基因后, “華雜棉H318”纖維馬克隆值顯著下降, 但衣分并未提高, 推測(cè)其原因?yàn)椤叭A雜棉H318”本身是綜合性狀優(yōu)良, 高產(chǎn)的棉花品系, 在高衣分的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步提高衣分比較困難。的表達(dá)在增加纖維的數(shù)量的同時(shí)使纖維變細(xì), 會(huì)在一定程度上抵消纖維數(shù)量增加對(duì)提高纖維產(chǎn)量的效應(yīng), 尤其是對(duì)衣分已經(jīng)較高的品種更是如此。此外, 導(dǎo)入后可能導(dǎo)致棉花種子變小、子指下降、種子萌發(fā)率降低。因此, 在利用該材料改良品種時(shí), 選擇衣分低、馬克隆值高、且種子較大的品種為對(duì)象, 更能發(fā)揮該轉(zhuǎn)基因性狀的潛力, 避免其缺點(diǎn)。同時(shí), 考慮到衣分提高往往伴隨著種子變小, 在轉(zhuǎn)育過程中, 要注意檢測(cè)目的基因的表達(dá), 防止高衣分后代的丟失。

4 結(jié)論

通過將基因?qū)霑x棉11及回交, 在提高其衣分的同時(shí)降低了纖維的馬克隆值、保留了晉棉11早熟等優(yōu)良性狀。說明利用轉(zhuǎn)基因能夠?qū)Χ碳久奁贩N的產(chǎn)量和品質(zhì)定向改良。

[1] 喻樹迅, 張雷, 馮文娟. 棉花生產(chǎn)規(guī)?；? 機(jī)械化, 信息化, 智能化和社會(huì)服務(wù)化發(fā)展戰(zhàn)略研究. 中國(guó)工程科學(xué), 2016, 18(1): 137–148 Yu S X, Zhang L, Feng W J. Study on strategy of large scale, mechanization, informationization, intelligence and social services for cotton production., 2016, 18(1): 137–148 (in Chinese with English abstract)

[2] 詹先進(jìn), 陳全求, 張勝昔, 藍(lán)家樣, 黃云, 符家平. 當(dāng)前湖北省早熟棉育種的相關(guān)問題與對(duì)策. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 48: 2685–2687 Zhan X J, Chen Q Q, Zhang S X, Lan J Y, Huang Y, Fu J P. Pro-blems and countermeasures on breeding technology of cotton earliness in Hubei province., 2009, 48: 2685–2687 (in Chinese with English abstract)

[3] 喻樹迅, 宋美珍, 范術(shù)麗. 我國(guó)短季棉遺傳育種研究進(jìn)展. 棉花學(xué)報(bào), 2007, 19: 331–336 Yu S X, Song M Z, Fan S L. Advances of genetics and breeding of short season cotton in China., 2007, 19: 331–336 (in Chinese with English abstract)

[4] Zhang M, Zheng X L, Song S Q, Zeng Q W, Hou L, Li D M, Zhao J, Wei Y, Li X B, Luo M, Xiao Y H, Luo X Y, Zhang J F, Xiang C B, Pei Y. Spatiotemporal manipulation of auxin biosynthesis in cotton ovule epidermal cells enhances fiber yield and quality.2011, 29: 453–458

[5] 劉惠民, 焦明臻. 從晉棉 11號(hào)特性探討育種目標(biāo)的改進(jìn). 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 1990, (11): 7–9 Liu H M, Jiao M Z. Discussion on improvement of breeding target based on characteristics of Jinmian 11., 1990, (11): 7–9 (in Chinese)

[6] Zeng Q W, Qin S, Song S Q, Zhang M, Xiao Y H, Luo M, Hou L, Pei Y. Molecular cloning and characterization of a cytokinin dehydrogenase gene from upland cotton (L.)., 2012, 30: 1–9

[7] Zhao J, Bai W Q, Zeng Q W, Song S Q, Zhang M, Li X B, Hou L, Xiao Y H, Luo M, Li D M, Luo X Y, Pei Y. Moderately enhancing cytokinin level by down-regulation of, expression in cotton concurrently increases fiber and seed yield., 2015, 35: 60

[8] Meredith W R, Bridge R R. Breakup of linkage blocks in cotton,L., 1971, 11: 695–698

[9] 劉存敬, 江振興, 張建宏, 唐麗媛, 張素君, 田海燕, 李興河, 師樹新, 崔瑞敏, 張香云. 轉(zhuǎn)高衣分棉花種質(zhì)IF1-1雜種優(yōu)勢(shì)分析及育種應(yīng)用. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 20(3): 70–74 Liu C J, Jiang Z X, Zhang J H, Tang L Y, Zhang S J, Tian H Y, Li X H, Shi S X, Cui R M, Zhang X Y. Heterosis analysis and application for the high percentage cotton germplasm IF1-1 with., 2016, 20(3): 70–74 (in Chinese with English abstract)

[10] 劉宏偉, 李南南, 苗玉煥, 柳仕明, 聶以春, 朱龍付, 張獻(xiàn)龍. 利用改良華雜棉H318產(chǎn)量與纖維品質(zhì)研究. 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 34: 133–140 Liu H W, Li N N, Miao Y H, Liu S M, Nie Y C, Zhu L F, Zhang X L. Study on yield and fiber quality improvement of ‘Huazamian H318’ with.(Nat Sci Edn), 2016, 34: 133–140 (in Chinese with English abstract)

Improving Fiber Yield and Quality in the Short Season Cotton Variety Jinmian 11 by Introducing

DING Xiao-Yan, ZHAO Juan, QIAN Shan-Shan, YAN Xing-Ying, and PEI Yan*

Biotechnology Research Center, Southwest University, Chongqing, 400716, China

Short season cotton is of particular importance for sustainable development of cotton production in China where has a huge population and limited arable land resources. Usually, early maturity is associated with lower yield and poor quality. We previously developed a novel transgenic cotton material with improved fiber yield and quality by spatiotemporal manipulation of auxin biosynthesis in cotton ovule epidermal cells. In this study, we introducedinto a short season cotton variety Jinmian 11, which has low lint percentage and high macronaire value, through backcross breeding. A consecutive two-year field experiment indicated that the transgenic-homozygous backcrossed progeny (JBC4) exhibited a significant improvement in fiber yield and fiber fineness. Compared with Jinmian 11, lint percentage and lint yield of JBC4 increased by 12.8% and 56.3%, respectively, and meanwhile, the micronaire value decreased by 10.7%. Our data demonstrate a significant potential of thetransgenic in the yield and quality improvement for short season cotton.

auxin;transgene; short season cotton;backcrosse; lint; macronaire

2018-06-12;

2018-06-19.

10.3724/SP.J.1006.2018.01152

裴炎, E-mail: peiyan3@swu.edu.cn

E-mail: DXYWORK2012@sina.cn

2017-10-20;

本研究由國(guó)家育種重大專項(xiàng)(2016YFD0100505), 國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項(xiàng)(2016ZX08005-003-004)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31130039)資助。

This study was supported by National Major Project of Breeding (2016YFD0100505), the National Major Project for Developing New GM Crops (2016ZX08005-003-004), and the National Natural Science Foundation of China (31130039).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180619.0954.002.html