Επίδραση αμοιβαίων διασταυρώσεων στη σταθερότητα μερικώς διειδικών σειρών και στη βελτίωση ποικιλιών βαμβακιού

Abstract

Cotton is one of the most important crops both in Greece and worldwide. Modern demands of producers and industry as well as the needs of the ever-growing tertiary sector, contribute to the creation of competitive cotton varieties which will include all desired traits in one genotype. For this purpose, a production system of partial interspecific cotton lines was developed in the Laboratory of Genetics and Plant Breeding in the Aristotle University of Thessaloniki, originating from the pollination of Gossypium hirsutum x Gossypium barbadense hybrids with pollen from the species Hibiscus cannabinus. This effort eventually led to the isolation of genotypes with relatively high yields and excellent quality characteristics. The aim of this study was the exploitation of this genetic material in breeding experiments for the isolation of superior genotypes combining high yield and fiber quality traits with stability of performance. Initially, a three-year experiment was designed for the evaluation and selection of seven partial interspecific cotton lines. The experiments included the biennial evaluation of cotton lines in the absence of competition, according to honeycomb methodology and then the evaluation of selected genotypes in dense planting. The result of this effort was the identification of genotypes with stable performances (increased emergence capacity, morphological uniformity, and increased earliness), high yield and good fiber quality traits compared to commercial varieties that were used as controls. Besides, partial interspecific cotton lines were included in a program of reciprocal backcrosses with commercial cotton varieties aiming to improve the quality characteristics of commercial varieties and to increase the stability behavior of partial interspecific lines. The backcrosses were applied for three years and the progeny were evaluated separately in the absence of competition in two experiments (honeycomb designs R-13 and R-16). The selected genotypes were evaluated for another two years in dense planting. In general, the backcrosses of partial interspecific lines with commercial varieties seem to lead to some high-yielding genotypes with stable performance but slightly lower values for the fiber attributes compared to initial partial interspecific lines. Finally, the repeatability of the protocol used for the production of the partial interspecific hybrids through the pollination of the Gossypium hirsutum x Gossypium barbadense hybrids with pollen from the species H.cannabinus using new combination of commercial varieties as parents was checked and verified. This methodology creates new genetic variation since it leads to the effective integration of the genetic material of two species in one genotype, avoiding problems of previous methodology. Furthermore, SSR molecular markers were used for the molecular identification of the partial interspecific lines obtained and the study of the phylogenetic relationships among the partial interspecific hybrids, their respective parents, the F1 and F2 generations and their progeny Pa0 and Pa1. The results indicate that partial interspecific lines genetically differ from the products of self-pollination of the F1 interspecific hybrid.

Το βαμβάκι αποτελεί μία από τις σημαντικότερες καλλιέργειες, τόσο στην Ελλάδα, όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι σύγχρονες απαιτήσεις των παραγωγών και της βιομηχανίας, καθώς και οι ανάγκες του συνεχώς αναπτυσσόμενου τριτογενούς τομέα, συμβάλλουν στη δημιουργία ανταγωνιστικών ποικιλιών βαμβακιού, που θα συμπεριλαμβάνουν όλα τα επιθυμητά γνωρίσματα σε έναν γενότυπο. Στο Εργαστήριο Γενετικής και Βελτίωσης Φυτών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης αναπτύχθηκε ένα σύστημα παραγωγής μερικώς διειδικών φυτών βαμβακιού, προερχόμενων από την επικονίαση υβριδίων Gossypium hirsutum x Gossypium barbadense με γύρη από το είδος Hibiscus cannabinus. Η προσπάθεια αυτή οδήγησε στην απομόνωση γενοτύπων με υψηλές αποδόσεις και άριστα ποιοτικά χαρακτηριστικά. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η αξιοποίηση του εν λόγω γενετικού υλικού σε πειράματα βελτίωσης, που θα οδηγήσουν στον εντοπισμό υπέρτερων γενοτύπων, οι οποίοι συνδυάζουν την υψηλή απόδοση και την εξαιρετική ποιότητα ίνας με τη σταθερότητα της συμπεριφοράς. Αρχικά, σχεδιάστηκε ένα τριετές πείραμα αξιολόγησης και επιλογής, με υλικό εκκίνησης επτά μερικώς διειδικές σειρές βαμβακιού. Τα πειράματα συμπεριλάμβαναν τη διετή αξιολόγηση των σειρών, σε κυψελωτή διάταξη, απουσία ανταγωνισμού, και στη συνέχεια την αξιολόγηση των γενοτύπων που διακρίθηκαν, σε συνθήκες πυκνής σποράς. Το αποτέλεσμα της προσπάθειας αυτής ήταν η εκκαθάριση του αρχικού γενετικού υλικού, που οδήγησε στην απομόνωση γενοτύπων με σταθερότητα παραγωγικής συμπεριφοράς (αύξηση της φυτρωτικής ικανότητας, μορφολογική ομοιομορφία, αύξηση πρωιμότητας), υψηλές αποδόσεις και εξαιρετική ποιότητα, σε σχέση με τις εμπορικές ποικιλίες-μάρτυρες. Παράλληλα, οι μερικώς διειδικές σειρές βαμβακιού συμπεριλήφθησαν και σε ένα πρόγραμμα αμοιβαίων αναδιασταυρώσεων με εμπορικές ποικιλίες βαμβακιού, με σκοπό τη βελτίωση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των εμπορικών ποικιλιών και την αύξηση της σταθερότητας συμπεριφοράς των μερικώς διειδικών σειρών. Οι αναδιασταυρώσεις εφαρμόστηκαν για τρία έτη και οι απόγονοι των αναδιασταυρώσεων αξιολογήθηκαν ξεχωριστά, απουσία ανταγωνισμού, σε δύο πειράματα (κυψελωτή διάταξη R-13 και R-16, αντίστοιχα). Οι γενότυποι που επιλέχθηκαν αξιολογήθηκαν τελικά για δύο έτη, σε συνθήκες πυκνής σποράς. Σε γενικές γραμμές, οι αναδιασταυρώσεις των μερικώς διειδικών σειρών με τις εμπορικές ποικιλίες φαίνεται να οδηγούν σε ορισμένους υψηλοαποδοτικούς γενοτύπους, με ελαφρώς χαμηλότερες τιμές για τα γνωρίσματα της ίνας σε σχέση με αυτές που παρουσίαζαν οι μερικώς διειδικές σειρές, αλλά με υψηλότερη σταθερότητα συμπεριφοράς. Τέλος, ελέγχθηκε και επιβεβαιώθηκε η επαναληψιμότητα του πρωτοκόλλου παραγωγής των μερικώς διειδικών υβριδίων μέσω της επικονίασης υβριδίων Gossypium hirsutum x Gossypium barbadense με γύρη από το είδος H. cannabinus, επιλέγοντας νέους συνδυασμούς ποικιλιών ως γονείς. Η συγκεκριμένη μεθοδολογία δημιουργεί νέα γενετική παραλλακτικότητα, αφού οδηγεί στην αποτελεσματική ενσωμάτωση του γενετικού υλικού των δύο ειδών σε έναν γενότυπο, χωρίς τα προβλήματα που παρουσιάζουν οι παλαιότερες μεθοδολογίες. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν μοριακοί δείκτες τύπου SSR για τη μοριακή ταυτοποίηση των μερικώς διειδικών σειρών που προέκυψαν, και τη διερεύνηση των φυλογενετικών σχέσεων ανάμεσα στα μερικώς διειδικά υβρίδια, τους αντίστοιχους γονείς, τις F1 και F2 γενεές, αλλά και τους απογόνους Pa0 και Pa1. Τα αποτελέσματα αποτελούν ένδειξη ότι τα μερικώς διειδικά υβρίδια διαφέρουν γενετικά από τα προϊόντα της αυτογονιμοποίησης του συγκεκριμένου υβριδίου (F1 γενεά).