棉花纤维品质改良相关基因研究进展

棉纤维是优良的、使用最为广泛的天然纤维。随着人们生活水平的提高,对天然纯棉织物的需求不断增加,同时对品质的要求也愈来愈高。因此,提高棉纤维产量和品质成为当前棉花遗传育种的重要目标,对棉纤维发育相关基因的克隆与功能研究是实现这一目标的重要基础。棉纤维发育由4个明显但又重叠的时期组成,包括纤维细胞的起始、伸长(初生壁合成)、次生壁合成和脱水成熟。起始是影响纤维细胞数量的重要时期,而纤维长度和强度的决定发生在次生壁合成期和脱水成熟期。棉纤维发育是一个复杂而有序的过程,由大量的基因参与调控。目前,已经有一些在棉纤维发育过程中发挥重要作用的基因被报道,包括各种转录因子、参与激素代谢基因、编码细胞壁蛋白和细胞骨架蛋白基因、活性氧代谢相关基因、以及参与糖和脂类代谢的基因等。文中对已报道的这些与棉花纤维发育相关基因的克隆和功能分析进行了系统总结,以期为棉花纤维发育及品质改良研究提供参考。     

棉花纤维发育相关转录因子的研究进展

棉花纤维细胞分化和发育是1个极其复杂的过程,在纤维发育的各个时期均有大量基因参与调控,相关转录因子在棉纤维发育过程中起着极其重要的作用。介绍了近年来研究较多的棉纤维发育相关转录因子MYB类转录因子、MADS类转录因子和SPB类转录因子等的概况以及最新的研究进展,可为棉花转录因子的研究提供参考。     

蔬菜变态根茎发育的分子机理研究进展

变态根茎是许多蔬菜作物重要的产品器官。阐明变态根茎的形成不仅是植物发育生物学研究的重要内容, 也是提高相关蔬菜作物产量和品质的重要保障。近年来,关于蔬菜变态根茎形成机理的研究已经取得了重要进展。本文主要以代表性根茎类蔬菜作物萝卜、芜菁、马铃薯、莲藕、榨菜、山药、芋艿为对象, 就其变态根茎发育的遗传和分子机理, 包括变态根茎发育相关性状的遗传及QTL定位,形态建成的物质和能量代谢, 细胞周期及细胞膨大,植物激素、光周期、转录因子等调控机制的研究进展进行了综述。蔬菜变态根茎发育相关性状多为寡基因或多基因控制的数量性状。目前,一系列发育相关性状的QTL位点被鉴定,一些重要性状的连锁标记被开发。作为形态建成物质的淀粉、糖类和蛋白质为变态根茎的发育提供重要的物质、能量和营养来源,诸多基因参与形态建成物质的代谢。细胞周期作为细胞分裂的调节器,决定细胞数目。细胞周期受细胞周期蛋白（cyclins,CYC）、细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent protein kinases,CDKs）以及转录因子 RB/E2F 的调控。细胞膨大决定细胞大小,受扩展蛋白（expansin,EXP）和木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶（xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases,XTHs）等重要因子调节。植物激素是变态根茎发育的基础调控因子,诸多激素如赤霉素、生长素、脱落酸、细胞分裂素和茉莉酸等参与变态根茎的发育。光周期调控是变态根茎发育的动态信号,大量参与光周期调控的基因,如光敏色素、CONSTANS (CO)、FLOWERING LOCUS T (FT)、APY 等在变态根茎形成过程中都起到重要的调控作用。此外,MADS-box、ABF/AREB 和 homeobox 等转录因子也在变态根茎的发育中扮演重要角色。另外,文章就小RNA、表观遗传学、转录组学、蛋白质组学、比较基因组学、全基因组测序和关联分析的研究在变态根茎发育机理中的应用进行了简要介绍。     

荧光实时定量PCR研究GA负调控因子基因在棉花纤维不同发育时期的表达模式

棉花纤维发育经历起始期、延伸期、次级细胞壁加厚期、脱水期共4个发育时期。为了了解GA负调控因子基因在整个纤维发育时期的调节作用,采用敏感的实时定量PCR对GA负调控因子基因Gh RGL在棉花纤维不同发育时期中的转录水平进行了定量研究,通过提取来源于不同纤维发育阶段[包括-3~0 DPA(开花后)胚珠,3 DPA胚珠,5 DPA胚珠,10 DPA胚珠,15 DPA纤维,25 DPA纤维]的样品总RNA,探讨不同发育时期Gh RGL基因的表达模式。结果显示,Gh RGL基因在所有被选的样品中都有表达,其中在5 DPA胚珠和10 DPA胚珠中转录水平较高,在10 DPA胚珠中表达水平最高,在-3~0 DPA胚珠、3 DPA胚珠、15 DPA纤维、25 DPA纤维中的表达水平较低,表明Gh RGL基因在纤维伸长期表达水平较高,暗示Gh RGL可能对纤维伸长起着重要作用。     

长链非编码RNA及其在斑马鱼中的研究进展

随着测序技术的不断发展和完善,在人类和其他模式生物中,发现了一类具有重要调控功能的RNA,即长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)。长链非编码RNA是一类在生物体内大量存在且无编码功能的RNA,主要参与基础转录、特异基因的转录调控、转录后调控、翻译调控和表观遗传学调控等。本文中综述了长链非编码RNA及其在水生动物斑马鱼中的研究进展,可为水产养殖动物的遗传育种和健康养殖提供参考。     

肌肉发育相关LncRNA的研究进展

生长发育性状是受遗传和环境因素共同作用和/或相互作用的复杂性状,尽管利用全基因组关联研究可分析基因组上全部基因,筛选出与某类性状关联的SNP,但很难综合评价某个基因对其确切的作用。寻找与生长发育相关的精准基因是育种研究的目标之一。长链非编码RNA(long noncoding RNA,LncRNA)在细胞增殖分化、个体发育、信号转导、干细胞维持、代谢等几乎所有重要生命活动中发挥关键的调控作用,在表观遗传水平、转录水平及转录后水平等方面具有控制基因表达的作用,与多种重大疾病的发生密切相关。LncRNA是一类长度大于200个nt,且不表现出蛋白质编码潜能的RNAs,通过多种机制发挥生物学功能,参与染色质修饰、X染色体沉默以及基因组印记、转录干扰、转录激活、核内运输等多种重要调控过程,涉及表观遗传调控、转录调控及转录后调控等多个层面。深入探讨LncRNA调控生肌因子进而调节肌肉发育分化的新路径,阐释哺乳动物生肌分子时间,寻找肌肉组织中与生长发育相关的新LncRNA分子,深入研究与生长发育密切相关的LncRNA分子及其靶基因的生物学功能,阐明 LncRNA 在肌肉生长发育的调控机制,是肌肉发育遗传育种的主要研究内容。本文就LncRNA在哺乳动物肌肉生长发育、细胞生长、分化、增殖中的作用进行综述。     

海岛棉GH9基因家族成员鉴定及分析

植物GH9基因在细胞壁的生物合成和重塑中起着重要作用,对海岛棉GH9基因进行全基因组鉴定与分析,挖掘其在棉纤维发育中的作用。从海岛棉全基因组中鉴定到53个GH9基因,分析其理化性质、基因结构、染色体分布、进化历程、棉纤维发育过程中表达模式及转录调控。结果表明,53个GbGH9s分为A、B、C三组,定位在22条染色体上;多倍化事件是海岛棉GH9基因家族扩张的主要驱动力,基因复制后经历严格的选择约束;A组多个成员在棉纤维发育整个时期尤其是次生壁加厚期高表达,C组多个成员在棉纤维起始和伸长期优势表达,B组具有相对复杂的表达模式,生长素和乙烯可能在GbGH9s的转录调控中发挥重要作用。此外,通过回交将GbGH9B6导入陆地棉可提高棉纤维强度。海岛棉GH9基因家族成员的鉴定及分析有助于明确其进化和功能,为后续研究提供重要参考。     

表观遗传学的分子机制及其研究进展

表观遗传学(epigenetics)是指不涉及DNA序列改变、可以通过有丝分裂和减数分裂进行遗传的基因表达变化的遗传学分支领域。目前研究主要集中在DNA甲基化、组蛋白密码、染色质重塑和非编码RNA调控等方面。副突变、亲代基因印记、性别相关性基因剂量补偿效应和转基因沉默等都是典型的表观遗传现象。相关研究有利于揭示生物生长发育、多倍体植物基因组进化、杂种优势以及人类疾病等许多生命现象的本质。     

调控玉米阻止授粉后叶片衰老的QTL定位

源-库比的变化与叶片的衰老速度有密切关系,但是关于叶片衰老的调控机制仍不清楚。为了进一步明确源-库比变化对玉米叶片衰老性状影响的遗传位点,利用B73×Mo17重组自交系群体,于2015年、2016年在抽丝前套袋阻止授粉后观察叶片衰老状况,取2年表型一致的142株植株并结合对应的基因型数据进行QTL分析,在第8条染色体的bnlg2046和gta101d 2个标记之间定位到一个显著QTL位点。该QTL的LOD值为3.64,贡献率为12.47%。标记之间的遗传距离为5.00 cM,物理距离为3.53 Mb。为进一步确认该QTL的准确性,利用来自于相同群体表型有明显差异的2个极端池的转录组测序数据,通过分群SNP分析(BSR-seq)后发现控制该性状的位点在同一染色体区段,其物理距离为4.47 Mb,该染色体区段共有85个基因。预测其中7个基因可能与叶片授粉被阻断后的叶片衰老性状有关。分析B73与Mo17在该区段的85个基因在抽丝期、抽丝后1周与抽丝后2周的转录组数据,结果显示,在预测的候选基因中,编码类WRKY家族转录因子的GRMZM2G432583以及编码E2结合酶的GRMZM2G007276和GRMZM2G132759在这几个时期的2个亲本中转录水平差异较大,是目的基因的可能性较大。本研究为阐明参与调控阻止玉米授粉后叶片衰老的基因和研究该性状产生的分子机制奠定了基础。     

小麦穗发育相关基因的研究进展

【目的】认识小麦穗发育调控相关基因及调控网络,为穗部性状遗传改良和育种利用奠定基础。【方法】通过查阅国内外小麦穗发育相关文献和基因的研究动态,对小麦穗发育过程、穗部调控相关基因和穗部相关的重要QTL等方面进展进行总结与分析。【结果】小麦的穗部性状直接与产量相关,其穗部发育一直是育种家和分子生物学家研究的热点。基于水稻和玉米的研究进展,以及测序技术和分子生物技术的发展,许多研究已经证明一些基因在小麦的穗发育过程中发挥关键作用,影响穗部性状,小麦穗发育的调控途径也逐渐被发现。【结论】小麦穗发育研究与禾本科模式作物水稻相比较为缓慢,但随着测序技术和转基因技术的发展,将大大加快穗型调控基因的克隆和功能分析,小麦穗部研究正迎来春天。     

棉花主要性状QTL定位的研究进展

棉花的许多农艺性状和经济性状都是数量性状,研究作物数量性状遗传对农作物育种具有十分重要的意义。综述了数量性状基因座QTL（quantitative trait locus）定位的原理和常用方法及近年来棉花的分子遗传图谱构建,主要性状,包括产量、纤维品质、抗性、生理、早熟性等QTL定位的研究进展,并对目前QTL定位存在的问题和发展前景进行了探讨。     

棉花陆海渐渗杂交群体纤维品质性状的QTL定位

【目的】有效发掘利用海岛棉优异性状基因,拓宽陆地棉栽培种遗传基础。【方法】采用新疆主栽早中熟陆地棉品种新陆中60号为母本,与优质海岛棉品种新海41号为父本杂交,并以新陆中60号为轮回亲本构建出由151个BC₁F₁单株组成的回交群体,利用SSR分子标记和Join Map4.0软件构建遗传连锁图谱,采用复合区间作图法(CIM)对BC₁F₂纤维品质性状的进行QTL定位。【结果】构建的遗传连锁图谱包含52个多态性标记、14个连锁群,该图谱总长824 cM,覆盖棉花基因组的18.5%;最长的连锁群为150.3 cM,包含6个标记,最短的为0.3 cM,包含2个标记。检测到1个与纤维上半部平均长度相关的QTL,qFL-Chr14-1,定位在第14号染色体上,解释表型变异8.59%。【结论】筛选的与优质QTL位点相关SSR标记可应用于棉花优质分子标记辅助选择。     

陆地棉高密度遗传图谱的构建及产量相关性状的QTL定位

【目的】通过构建高密度SNP遗传图谱，开展棉花多群体产量相关性状的QTL定位，获得稳定性好、精确度高的QTL，为产量性状调控基因的挖掘和有效分子标记的开发提供依据。【方法】以高稳产冀丰1271为母本、优质自交系冀丰173为父本，构建包含200个单株的F₂群体，利用测序基因分型(genotyping by sequencing,GBS)技术开发群体的SNP标记并构建高密度遗传图谱，对F₂、F_2:3、F_2:4群体的衣分、子指和单铃重进行QTL定位，注释主效和稳定QTL位点内的基因并分析基因在不同组织的表达模式，筛选候选基因。【结果】通过简化基因组测序，共获得383.07 Gb数据，包括母本冀丰1271的26.93 Gb、父本冀丰173的27.30 Gb和F₂群体的328.84 Gb,Q30值分别为90.55%、89.95%和95.77%。在F₂群体中开发了1 305 642个SNP标记，其中，用于构建遗传图谱的aa?bb型SNP为410 726个。构建了一张包...     

水稻种子休眠性基因座的定位和分析

 水稻种子休眠性是关系到稻米品质和稻种质量的重要农艺性状,与穗发芽抗性直接相关。DNA标记和水稻连锁图谱的发展,为定位种子休眠性的基因位点、研究单个基因的"剂量效应"和剖析各基因位点对环境的敏感性等方面提供了可能性。迄今,利用分子标记,对不同的遗传群体,已初步定位了多个与水稻种子休眠性有关的QTL。本文简要介绍了水稻种子休眠性传统遗传学研究概况,重点对已报道的种子休眠性数量性状基因位点（QTL）进行比较分析,探查稳定表达的种子休眠性QTL,讨论了水稻种子休眠性研究存在的问题和进一步研究的途径。     

水稻粒长遗传及其功能基因研究进展

随着人民生活水平的提高,稻米需求呈现多样化趋势,在产量仍作为重要指标的同时,稻米品质也越来越受到重视。提高产量、改良稻米品质是现代水稻育种的两个主要目标,而水稻粒长不仅是影响水稻产量的重要农艺性状,还与外观品质性状密切相关,细长粒稻米通常表现较好的外观品质,且世界上的大多数地区的消费者更偏爱于长粒型的稻米。因此,改良水稻粒长成为重要的育种目标。水稻粒长是数量性状,遗传机理较为复杂,分析其遗传特点并鉴定水稻籽粒大小相关数量性状位点(QTL)对揭示其遗传机制具有重要意义。随着新一代测序技术和功能基因组学的迅猛发展,有关水稻粒长的研究取得了较大进展,目前已经定位的与水稻粒长相关的QTLs有120多个,并克隆了一些控制粒长的相关基因。就水稻粒长的影响因素、粒长与其他相关性状的关系、QTL定位、重要粒长基因的克隆与功能分析以及粒长基因在分子育种上的应用等方面进行综述,以期为提高水稻产量和改善稻米品质提供参考。     

棉花早熟性QTL定位研究进展

运用各种分子标记技术和数量性状基因的定位方法,将控制棉花早熟性状的基因定位到相应的遗传连锁图谱或染色体上,为目前及今后短季棉育种提供了理论依据。综述了近年来棉花早熟性QTLs定位研究的最新进展,并对研究中存在的主要问题进行了分析和展望。     

棉花数量性状的连锁作图和关联作图最新进展

现代分子生物学技术和新的统计方法,大大促进了植物数量性状基因(QTL)的解析.连锁作图和关联作图是目前植物数量性状基因解析的重要方法,两者在QTL定位的精度和广度、提供的信息量、统计分析方法等方面具有明显的互补性.连锁作图可以初步对目标性状基因进行定位,而关联作图则可快速对目标基因进行验证和精细定位,并针对特定候选基因提供大量信息,验证候选基因的功能.综述了近10年来棉花数量性状的连锁作图和关联作图最新进展,并结合两种方法对棉花的QTL研究前景进行了展望.     

油棕QTL定位的研究进展

QTL定位是以遗传连锁图谱为基础,利用分子标记与QTL之间的连锁关系来确定控制数量性状的基因在基因组中的位置。油棕的产量性状、品质性状和发育性状等重要的农艺性状都是数量性状,利用QTL定位是对数量性状进行分析的重要方法之一,它有利于加快油棕育种进程。综述油棕重要农艺性状的QTL定位研究进展,阐述存在的问题并对未来的研究方向提出建议。     

中国棉花高产育种研究进展

棉花是中国重要的经济作物,棉花生产稳定发展关乎中国2 000万棉农的利益。产量是棉花种植收益的基础,因此,在其他性状综合发展的前提下,高产是棉花品种培育的最重要目标。20世纪50年代以来,中国棉花单位面积产量增加了9倍之多,其中品种的引进和改良为棉花产量的提高作出了重要贡献。但是近年来,随着棉花种质资源遗传多样性日渐狭窄,中国棉花单位面积产量增加缓慢,严重阻碍了棉花种植产业的健康发展。本文分析了棉花单位面积产量包含的4个主要组成成分单位面积株数、单株铃数、单铃重和衣分在棉花产量形成中起到的作用;单株铃数和衣分的增加在中国棉花高产育种过程中起到了重要作用,但是产量的提高是一个相互协调的过程,在加强重点性状改良的同时,也要注重其他性状及因素的相互配合,才能取得最好的效果。分析在中国高产育种中起重要作用的途径方法及其研究进展:国外引种在建国初期对于中国棉花产量的提高起重要作用,替代了中国原有的产量低、品质差的亚洲棉品种,促进了中国自主育种的发展;通过传统育种先后培育出早熟的中棉所16、丰产的鲁棉1号和抗病丰产的中棉所12等品种,推动了中国棉花生产的发展;通过杂种优势利用,中国培育了一大批起重大推动作用的杂交品种,例如中棉所29曾经占中国长江流域杂交棉种植面积的50%左右;加强雄性不育系的研究对于杂种优势利用的持续发展起到关键作用;分子标记技术的发展为棉花分子育种提供了技术支持,多个稳定产量性状位点的定位为分子标记辅助育种奠定了基础;转基因技术的发展为棉花分子设计育种提供了契机,转基因抗虫棉中棉所41、石远321和鲁棉研28等的育成使中国棉花产量稳中有升,但是目前针对产量性状改良的基因较少,还需加强对于产量相关基因的挖掘,加快发展转基因高产育种。目前中国棉花单位面积产量水平处于国际前列,但中国地少人多,在不与粮争地的前提下,为确保农产品的有效供给,还需继续挖掘棉花产量潜力,提高棉花单位面积产量,保证棉花产业持续健康发展。因此,建议收集种植资源,注重种质资源的创新;加强胞质雄性不育研究,简化制种技术和成本,推动简化制种的优异杂交种的培育;利用高通量测序技术,发掘全基因范围内的高产相关基因,用于分子标记辅助育种和全基因组选择育种;通过聚合育种,培育高产、优质、早熟以及适合机械化种植的棉花新品种。