华中农大张献龙院士团队揭示干旱下棉花产量和纤维品质协同改良的遗传机制

7月10日，国际著名杂志Advanced Science在线发表了华中农业大学棉花遗传改良团队题为“Dissecting the Superior Drivers for the Simultaneous Improvement of Fiber Quality and Yield under Drought Stress Via Genome-Wide Artificial Introgressions of Gossypium barbadense into Gossypium hirsutum”的研究论文。研究基于陆地棉栽培种鄂棉22（E22，产量高）为背景的海岛棉3-79（纤维品质优）的种间染色体置换系（CSSLs）群体，利用多种定位方法鉴定到多个干旱下棉花产量和纤维品质协同的QTL，并解析了棉花抗旱关键基因DRR1和DRT1的生物学功能。

随着全球淡水资源短缺和极端天气事件的增多，干旱胁迫已成为导致全球棉花产量和纤维品质下降的主要因素。陆地棉和海岛棉作为最重要的四倍体栽培棉种，具有不同的优异性状。陆地棉产量高，而海岛棉纤维品质优异，但产量相对陆地棉较低，且两个棉种在干旱胁迫下仍然保持其优良特性。由于连锁累赘的因素，实现棉花纤维品质、产量和抗性的协同改良十分困难，通过染色体片段交换、打破连锁累赘、融合两者优势性状，可以实现棉花抗性、产量和品质的协同改良。

图1 基于GWAS、连锁分析和BSA的QTL共定位结果

作者以陆地棉E22为轮回亲本，海岛棉3-79为供体亲本构建了包含319份材料的CSSLs群体。采用花铃期断水处理的干旱胁迫方式，在全生育期共采集了包括农艺性状、产量及纤维品质在内的14个性状。利用最佳线性无偏预测（BLUP）整合多个环境的数据，并采用4个产量性状、4个品质性状的抗旱系数（DRC）和抗旱隶属函数值（MFVD）评价各材料的抗旱性，筛选出M149等9个棉花抗旱品系。进一步通过GWAS分析、连锁分析和BSA策略，共鉴定到121个显著的QTL，其中39个QTLs至少在两种定位策略中同时鉴定；6个QTL在三种策略共同鉴定（图1）。

图2 基于渗入位点的聚合分析评估CSSLs的抗旱性