棉花所揭示棉花开花调控新机制

正近日,中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队发现陆地棉AAI家族基因Gh AAI66通过影响赤霉素、茉莉酸信号途径和光周期途径相关基因的表达参与开花时间的调控。该研究对了解棉花开花调控机制提供了新的思路。相关研究在线发表在《实验植物学(Journal of Experimental Botany)》上。     

棉花赤霉素合成酶基因在中571的差异表达研究

为揭示棉花植株体内赤霉素合成途径关键酶基因表达量与不同组织及生长发育阶段的关系,以棉花品种"中571"为材料,利用实时荧光定量PCR方法中的相对定量,以UBQ7为内参基因,对"中571"不同组织在不同生长阶段内赤霉素合成途径相关基因的表达量进行检测。结果表明:棉花通过改变植株体内赤霉素合成代谢途径关键酶基因的表达量来调控植株的生长发育,且随着生长发育的进行,各目的基因的表达量变化趋势存在一定差异,幼苗期茎组织内GA3ox1和GA20ox1基因的高表达为植株的生长发育提供了充足的激素水平;开花期茎、叶、花组织中的GA3ox1、GA20ox1基因表达可能与开花成铃有关;吐絮期根、茎组织GA2ox1基因表达量升高,活性GAs合成降低,叶组织中GA3ox1、GA20ox1基因及GAs受体基因GID1B的高表达量,为棉桃生长发育与脱水成熟提供了必要的激素水平。本研究为进一步研究赤霉素代谢途径对棉花植株生长发育的调控作用提供理论基础,有助于加快利用赤霉素进行品种改良与种质创新。     

棉花主要早熟性状开花时间调控位点及机制研究进展

早熟棉遗传基础狭窄已成为品种改良的主要障碍。通过常规育种手段实现高产、高抗、优质、早熟协同的难度大，改良现有品种早熟性，是快速实现早熟棉优质育种的有效途径。棉花早熟性调控机理是加速早熟棉遗传改良的重要基础。本文综述了国内外对棉花早熟性主要性状调控机理的研究进展，首次全面总结了熟性相关QTL位点，发现其在D03染色体大量富集，为早熟分子标记的开发与利用提供了依据。本文总结了棉花开花时间调控路径及开花时间调控子功能，阐述了棉花开花调控物种特异性，并对解析栽培棉适应性机理提出了研究方向。     

植物耐盐基因研究及其在棉花上的应用

盐害会对植物生长造成严重的危害、对农作物的产品品质和产量造成很大的损失。通过调控耐盐相关基因的表达,能提高转基因植物的耐盐能力。近年来,人们克隆了许多与耐盐相关的基因,主要包括渗透调节物合成基因、耐盐相关蛋白类基因、保护酶相关基因、转录因子的调控基因。主要综述了近年来植物耐盐相关基因的克隆及其在棉花基因工程中的研究应用等方面的一些进展,并对棉花耐盐基因工程的研究应用提出了对策和展望。     

棉花细胞质雄性不育与恢复特性的cDNA-AFLP分析

为了揭示棉花细胞质雄性不育(CMS)及其恢复的分子机理,采用cDNA-AFLP技术,分析了棉花胞质雄性不育系、保持系、恢复系和F1开花前6 d花药的基因表达谱及其差异,结果表明:不育系花药的基因表达谱与其"同核异质"的保持系之间存在着巨大的差异,提示细胞质基因对细胞核基因的表达有调控作用,雄性不育基因引起核基因组的异常表达,可能是导致雄性不育的更直接的原因。恢复基因引入到不育系获得F1,其花药的基因表达谱与恢复系基本相同,提示核内恢复基因可以反作用于细胞质不育基因对核基因表达的调控机制,恢复花粉的育性。CMS基因对核基因表达的调控作用以及恢复基因对这种作用的逆转可能是棉花细胞质雄性不育及其恢复的重要原因。另外,还鉴定了36个在恢复系和F1优势表达而在不育系和保持系中不表达或者微量表达的cD-NA扩增片段,为恢复相关基因的克隆奠定了基础。     

高等植物抽穗开花调控的分子网络

抽穗开花是高等植物从营养生长向生殖生长转变的过程,该过程受到众多基因的调控,这些基因又相互作用形成了一个复杂的调控网络。综述了近年来模式植物拟南芥和水稻抽穗开花调控分子机制的研究进展,重点介绍了植物抽穗开花调控的光周期途径、赤霉素途径、自主途径和春化途径,比较了这些途径在拟南芥和水稻中的异同。最后,结合作者对谷子抽穗开花调控分子机制的研究,探讨了未来的研究方向。     

棉花抗枯萎病相关GhB301基因对烟草的遗传转化及功能分析

[目的]ERF是乙烯信号传导途径中的重要转录因子,在植物与病原菌互作中发挥着重要的调控作用.棉花抗枯萎病相关GhB301基因是从棉花中获得的ERF-B3亚组基因,探索该基因在烟草异位表达后的功能,为进一步研究其在棉花抗枯萎病中的功能奠定基础.[方法]以pPZP35S表达载体为基础,构建GhB301的过表达载体;采用农杆菌介导法转化烟草并获得转基因植株.[结果]经卡那霉素筛选、PCR和RT-PCR检测,获得3株转基因阳性植株;qPCR分析显示,转基因阳性植株中部分病程相关蛋白基因的表达量较野生型明显升高.[结论]棉花抗枯萎病相关基因GhB301在烟草中异位表达后可能会通过增强部分病程相关蛋白基因的表达来提高植株抗病性.     

萝卜抽薹开花相关基因的研究进展

通过构建萝卜抽薹开花相关基因的cDNA文库,获取大量的EST序列,并与十字花科模式植物拟南芥、白菜等进行比较基因组学研究,研究结果显示:萝卜与拟南芥、白菜等植物基因组具有很高的同源性,控制抽薹开花的相关基因在不同物种中具有保守性。拟南芥抽薹研究表明,抽薹开花过程受多基因控制,具有多种调控途径。抽薹开花是一个复杂的过程,其中FLC、FT、LFY等基因处于关键位置。目前这些关键基因在萝卜EST序列中已经发现了同源片段,并进行了一些基因克隆,结合萝卜基因组测序的完成,未来萝卜抽薹研究将进入基因功能验证和全基因组调控模式研究之中。     

拟南芥开花相关的分子调控机制的研究

植物开花是基因与环境因子协同调节的复杂过程。对于拟南芥开花的调控过程,主要分为温度途径、光周期途径、自主途径、春化途径、年龄途径和赤霉素途径六个主要途径,然后SOC1和FT等开花途径整合因子感知来自不同途径的信号,并且将信号传递给花分生组织决定基因LFY和AP1,从而完成对开花时间的精准把握和控制,最终完成拟南芥开花的整个形态建成过程。该研究就这六条主要调控机制如何调节拟南芥开花进程的机理做进一步的介绍和阐述。     

陆地棉开花整合子调控机制解析

开花是植物产生有性生殖器官的重要阶段，开花整合子整合来自环境和植物体内的信号，进而激活花芽分化，使植物在适宜的时间产生足够多的后代，保障生殖繁衍。棉花中开花整合子基因（FT、SOC1和LFY）已被克隆，但它们在棉花中的进化关系尚不清楚。参考陆地棉基因组，明确了棉属开花整合子同源基因数目，FT和LFY在棉属中进化具有保守性，而SOC1基因序列具有多样性。不同于其他物种，棉花开花整合子基因均在顶端分生组织和叶片中表达量较高，且随着棉苗的生长发育其表达量逐步升高。克隆了GhLFY-2、GhFT-2和GhSOC1-5基因，发现其促进开花的功能是保守的，但开花时间调控机制存在物种特异性。陆地棉中既存在保守的GhFT-2/GhSOC1-5/GhLFY-2线性调控路径，又进化出GhFT-1和GhSOC1-1直接调控GhAP1的路径，表明棉花开花时间调控机制的多样性可能与其对环境的适应性有关。     

植物SDC1/AGL20基因研究进展

SOC1（SUPPRESSOR OF 0VEREXPRESSION OF CO1）／AGL20（AGAMOUS—LIKE20）是MADS-box家族一员,在植物开花过程中起着重要的调控作用,它能够整合来自光周期途径、春化途径、自主开花途径和赤霉素途径中的信号,并与其他基因相互作用共同调节植物的开花时间以及花的类型和花分生组织。目前已经证明SOC1基因的过表达可以促进植物提前开花,而SOC1突变体则会表现出晚花的表型。相关研究也显示,SOC1在植物开花之外的其他生命活动中也起着重要作用。本研究主要对SOC1及其同源基因在植物开花和其他生理活动中的功能以及SOC1基因的表达调节等研究进展进行综述,通过对30种植物的SOC1同源基因序列进行聚类分析,发现SOC1基因的同源性基本反映了物种间的亲缘关系,最后对该基因的研究前景提出展望,为以后SOC1及其同源基因的相关研究提供一定的参考。     

植物SOC1/AGL20基因研究进展

SOC1（SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CO1）/AGL20（AGAMOUS-LIKE 20）是MADS-box家族一员,在植物开花过程中起着重要的调控作用,它能够整合来自光周期途径、春化途径、自主开花途径和赤霉素途径中的信号,并与其他基因相互作用共同调节植物的开花时间以及花的类型和花分生组织。目前已经证明SOC1基因的过表达可以促进植物提前开花,而soc1突变体则会表现出晚花的表型。相关研究也显示,SOC1在植物开花之外的其他生命活动中也起着重要作用。本研究主要对SOC1及其同源基因在植物开花和其他生理活动中的功能以及SOC1基因的表达调节等研究进展进行综述,通过对30种植物的SOC1同源基因序列进行聚类分析,发现SOC1基因的同源性基本反映了物种间的亲缘关系,最后对该基因的研究前景提出展望,为以后SOC1及其同源基因的相关研究提供一定的参考。图3表1参42     

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。     

棉花TRY基因的电子克隆

[目的]克隆棉花TRIPTYCHON(TRY)基因.[方法]利用电子克隆和RT-PCR相结合的方法,克隆棉花TRY基因,并利用生物信息学分析软件,分析棉花TRY蛋白的生物信息.[结果]从徐州142无绒无絮突变体中,克隆到棉花TRY基因,其ORF(Open reading frame )全长270 bp,编码89个氨基酸.棉花TRY蛋白属于不稳定、疏水性蛋白,不存在信号肽及糖基化位点,没有跨膜结构,定位于细胞核,三级结构不存在卷曲螺旋结构.[结论]在棉花中利用电子克隆技术克隆TRY基因是可行的,同时研究结果为进一步研究棉花TRY基因的功能和棉纤维发育调控机制提供理论依据.     

棉花开花前不同天数胚珠的采集标准检测

[目的]检测棉花开花前不同天数胚珠的采集标准,以期更清楚地研究棉花开花前后胚珠中基因的表达变化。[方法]采用花苞长、花苞宽、萼片长和萼片宽4种不同的参数来标准化陆地棉新陆早13号开花前不同天数棉花胚珠的特征。[结果]只有花苞长随花期的临近逐渐增长,而其他参数均没有明显变化。因此,选择花苞长为检测开花前不同天数胚珠的标准。统计分析表明,确定以1.0~1.2cm长的花苞为标准采集开花前5 d的胚珠,以1.3~1.5 cm长的花苞为标准采集开花前3 d的胚珠,以1.7 cm以上的花苞为标准采集开花前1 d的胚珠。[结论]该研究结果为后期试验中开花前胚珠样品的采集提供参考数据,也为更精确检测开花前后胚珠中基因表达的变化奠定了基础。     

木本果树开花相关基因的研究进展

开花是植物从营养生长向生殖生长的转变过程。拟南芥中存在多条调控开花时间的信号途径如光周期途径、春化途径、赤霉素途径和自动途径等。与草本植物相比,木本植物成花调控研究进展较缓慢。本文综述了木本果树中开花综合基因,即综合不同成花调控途径信号的关键基因,如CO、FLC、SVP、FT、LFY、TFL、AP1、SOC1等的研究进展,以期为进一步探索木本植物成花的分子调控机制提供参考。     

棉花开花前不同天数胚珠的采集标准检测

[目的]检测棉花开花前不同天数胚珠的采集标准,以期更清楚地研究棉花开花前后胚珠中基因的表达变化。[方法]采用花苞长、花苞宽、萼片长和萼片宽4种不同的参数来标准化陆地棉新陆早13号开花前不同天数棉花胚珠的特征。[结果]只有花苞长随花期的临近逐渐增长,而其他参数均没有明显变化。因此,选择花苞长为检测开花前不同天数胚珠的标准。统计分析表明,确定以1.0～1.2cm长的花苞为标准采集开花前5d的胚珠,以1.3～1.5cm长的花苞为标准采集开花前3d的胚珠,以1.7cm以上的花苞为标准采集开花前1d的胚珠。[结论]该研究结果为后期试验中开花前胚珠样品的采集提供参考数据,也为更精确检测开花前后胚珠中基因表达的变化奠定基础。     

转基因棉花研究进展

江苏省农业科学院转基因棉花研究是在国家“863”计划的资助下进行的,有关项目组长期承担了“八五”、“九五”和“十五”国家“863”计划“抗虫棉的研制”等课题,以棉花转基因技术为突破口,与上下游相关单位密切配合,在转基因棉花的研究上取得了以下重要进展。1 花粉管通道法转基因技术 利用该技术突破了棉花遗传转化的技术“瓶颈”,将BT基因、CPTI基因、几丁质酶基因、葡聚糖氧化酶基因、葡萄糖氧化酶基     

花粉管通道法介导的棉花遗传转化

花粉管通道法介导的遗传转化是一种借助于植物自身的种质细胞卵细胞或受精卵为转化对象的直接转化技术。作为一种颇具特色的转基因技术,由于具备无基因型限制和易于实现大规模基因转化的特点,可以在任何开花植物和不同物种之间实现基因的转移,使得受体物种在获得新的基因型的同时,也获得转基因所表达的新的表型性状,由此成为为农作物转基因育种的崭新技术途径。利用花粉管通道法,成功地进行了棉花的抗虫／抗病的基因工程,获得了多种实用化的抗虫／抗病转基因棉花新品种(系),进入了棉花大面积生产。     

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。