近日，新疆农业大学陈全家教授课题组提出基于关键抗旱指标的棉花抗旱候选基因定位技术，该成果以“Rapidly mining candidate cotton drought resistance genes based on key indicators of drought resistance”为题发表于国际著名期刊《BMC Plant Biology》。
干旱是农业生产中危害最大的非生物胁迫之一，棉花作为经济作物，其生长和生产都受到干旱胁迫的严重影响。一直以来，棉花抗旱性相关性状的复杂性，为棉花种质资源的抗旱性评价和抗旱关键基因的挖掘都增加了难度。在前期的研究中，陈全家课题组已经聚焦到了株高（PH）、有效果枝数（EFBN）、单铃重（SBW）、蒸腾速率（Tr）和叶绿素（ChI）等5个棉花抗旱性鉴定的关键指标，并建立了逐步回归方程。
表1 关键指标的逐步回归方程
抗旱关键指标的聚焦对于快速挖掘出棉花抗旱相关候选基因具有重要的意义。在本次研究中陈全家课题组对抗旱相关重组自交系群体进行了花铃期抗旱性鉴定，基于3个环境点2019KT、2019SW、2020SW调查的18、21、22个性状指标进行聚焦，将关键性状指标再次聚焦到株高（PH）、单铃重（SBW）和蒸腾速率（Tr）等3个指标上，并以这三个指标计算D1值，与抗旱性度量值D值进行群体抗旱性鉴定的结果大致相同（图1）。
图1 3个环境点抗旱度量值D值与D1值聚类分析图
同时，基于这3个关键指标，构建了三组BSA-seq极端混合池。对极端材料的PH相对变化率、SBW相对变化率、Tr相对变化率进行正态分布及T检验分析，3个性状的极端相对变化率均具有极显著性差异，对极端材料的抗旱性鉴定至关重要（图2）。
图2. BSA测序混池的建立及极端材料的差异性
根据BSA-seq定位到的每个性状的QTL定位区间，选择A13(3.2 Mb)、A10(2.45 Mb)和A07(0.62 Mb)染色体上共6.27Mb的QTL区间作为本研究的重点。根据注释信息和qRT-PCR分析，筛选出可能参与棉花干旱胁迫反应的3个关键基因：GhF6‘H1、Gh3AT1和GhPER55。并对这些关键基因展开初步的功能验证，证实了关键基因对棉花抗旱性的重要影响。该研究以棉花抗旱性的关键指标为研究对象，为快速挖掘棉花抗旱候选基因奠定了基础，为棉花抗旱性的定向分子育种提供了遗传资源。
图3. 3个关键基因的VIGS试验
新疆农业大学耿世伟博士和高文举博士为共同第一作者，新疆农业大学陈全家教授为通讯作者。该成果是该棉花创新团队针对棉花抗旱性关键性状指标聚焦，挖掘关键基因的又一重要进展。
该研究得到了新疆维吾尔自治区重大科技专项（No.2021A02001-3）的资助，以及新疆农业大学作物遗传改良与种质创新重点实验室的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1186/s12870-024-04801-6
