水稻抗白叶枯病基因Xa14的遗传定位

Xa14是一个高抗菲律宾白叶枯病生理小种5的显性基因,Taura等将它定位在水稻第4染色体长臂末端。本研究利用中国国家基因中心的水稻第4染色体测序结果,用SSR标记对Xa14进行遗传定位,为进一步用图位克隆法克隆该基因奠定基础。利用775株IRBB14/IR24 F₂中的145株高感群体,将基因Xa14限定在SSR标记HZR970-8和HZR988-1之间的区间,与两个分子标记的距离各为0.34 cM,并找到了在该群体中与基因共分离的HZR645-4、HZR669-2、HZR669-5和HZR669-7四个SSR标记。利用763株IRBB14/珍珠矮F₂中158株高感群体,将基因Xa14限定在分子标记HZR648-5与RM280之间的区段,找到了一个与基因紧密连锁的SSR标记HZR648-5,与基因的距离为1.90 cM。将两个F₂群体的定位结果进行整合,表明Xa14位于分子标记HZR970-8和HZR988-1之间的3个BAC克隆上,并与这两个标记紧密连锁。     

与亚洲棉光籽突变体DPL972中光籽基因紧密连锁的SSR分子标记的开发与应用

对棉纤维相关性状基因的克隆及遗传分析可为阐明纤维形成机制奠定良好基础.以野生型材料DPL971及其光籽突变体DPL972为亲本构建F2群体,其中光籽与毛籽性状分离比符合3∶1,表明突变体DPL972中的光籽基因为显性单基因(将其命名为GaFzl).结合棉花基因组数据,合成1567对SSR(Simple sequence repeat)引物,覆盖了A组13条染色体,标记多态性分析和群体连锁分析发现在染色体A08上存在15对与光籽基因GaFzl连锁的标记,其中最近的标记为SSR82,遗传距离为6.6 cM.本实验完成了GaFzl基因的染色体初步定位,开发了15个与其连锁的SSR标记,为下一步图位克隆奠定了基础.     

与亚洲棉光籽突变体DPL972中光籽基因紧密连锁的SSR分子标记的开发与应用（英文）

对棉纤维相关性状基因的克隆及遗传分析可为阐明纤维形成机制奠定良好基础。以野生型材料DPL971及其光籽突变体DPL972为亲本构建F2群体,其中光籽与毛籽性状分离比符合3∶1,表明突变体DPL972中的光籽基因为显性单基因(将其命名为Ga Fzl)。结合棉花基因组数据,合成1567对SSR(Simple sequence repeat)引物,覆盖了A组13条染色体,标记多态性分析和群体连锁分析发现在染色体A08上存在15对与光籽基因Ga Fzl连锁的标记,其中最近的标记为SSR82,遗传距离为6.6 c M。本实验完成了Ga Fzl基因的染色体初步定位,开发了15个与其连锁的SSR标记,为下一步图位克隆奠定了基础。     

陆地棉极短纤维突变体基因Li_2的遗传与定位

Li2突变体是在纤维伸长发育阶段纤维极端缩短类型的突变体,其控制极短纤维表型的基因被命名为Li2。本文以(Li2×海7124)F2及(Li2×sub18)F2作为标记群体,结合本实验室最新的海陆种间分子遗传图谱上染色体18的标记信息,对陆地棉纤维突变体Li2的极短纤维性状进行基因定位。在(Li2×海7124)F2分离群体中,纤维性状分离比符合孟德尔3∶1的分离,证明Li2突变体的极短纤维性状是由一对完全显性单基因控制。而在(Li2×sub18)F2分离群体中,纤维性状分离比出现异常,不符合3∶1的分离比,这可能与Li2突变体的温敏特性有关。利用JoinMap 3.0连锁分析软件,使用含623个单株的(Li2×海7124)F2群体将Li2基因定位在18染色体的端部,与最近标记Z08的遗传距离为6.051 cM;使用含651个单株的(Li2×sub18)F2群体将Li2基因也定位在了18染色体的端部,与最近标记Z08的遗传距离为9.266 cM。研究结果为进一步精细定位与图位克隆该基因提供了基础。     

棉属野生种克劳茨基棉(Gossypium klotzschianum)基因组向陆地棉的渐渗

 棉花远缘种质是改良栽培种的丰富资源,野生种遗传变异的有效利用依赖于鉴定并渐渗理想的野生种DNA进入栽培种的能力。为了检测二倍体野生种克劳茨基棉染色质在陆地棉中的渐渗情况,构建了一个来自于（陆地棉×克劳茨基棉）×陆地棉的BC₁ F₂群体,并用320个覆盖棉花基因组的SSR标记来监测外源种质的转入;只有38个标记在BC₁F₂群体中显示了分离,这些标记分布于14条染色体,组成了18个渐渗片段;通过比较发表的棉花遗传图谱,这18条渐渗片段的总长为595 cM;同时两个形态性状（黄色花瓣和开放花蕾）被定位于13号染色体。通过分子和形态鉴定,结果证实克劳茨基棉染色质已被渐渗进陆地棉遗传背景中。利用这种特异的标记将会促进理想的外源基因转入栽培棉。     

棉纤维品质改良的分子生物学基础

本文简要地评述了棉纤维特异性表达基因和棉花纤维素合成酶基因的克隆及其表达方面的研究进展。与棉纤维伸长有关的基因主要有GhCAP和pGhEXl,与棉纤维次生壁加厚有关的基因主要有H6、Fb-E6和FSl8A等,但这些基因的精确功能还有待进一步研究。棉花celA是从第一个高等植物中克隆出的编码纤维素合成酶催化亚基的基因。利用转基因技术将抗虫、抗除草剂基因和这些与纤维发育有关的基因导入棉花,不但可改良棉花的产量和纤维品质,降低生产成本,而且可减轻对环境的不利影响,从而增强棉花的市场竞争力。     

普通小麦品种Brock抗白粉病基因分子标记定位

为明确利用Brock转育成的小麦抗白粉病品系3B529(京411*7//农大015/Brock, F₆)抗性的遗传基础,将高感白粉病小麦品系薛早和3B529杂交,获得F₁代、F₂分离群体和F_2:3家系。抗病性鉴定和遗传分析结果表明,3B529对E09小种的抗性受1对显性基因控制,暂被定名为MlBrock。利用BSA和分子标记分析,获得了与MlBrock连锁的3个SSR标记Xcfd81、Xcfd78、Xgwm159和2个SCAR标记SCAR203和SCAR112,根据SSR和SCAR标记在中国春缺体四体、双端体和缺失系的定位结果,将MlBrock定位在小麦染色体臂5DS Bin 0~0.63区间上。MlBrock与Xcfd81和SCAR203共分离,与SCAR112的遗传距离为0.5 cM。这些分子标记的建立有利于今后Brock抗白粉病基因分子标记辅助选择和基因聚合。综合抗白粉病基因MlBrock的染色体定位和抗谱分析结果,推测MlBrock很可能是Pm2基因。     

北疆棉纤维品质气候生态位适宜度研究

 以北疆高产棉花纤维品质形成为研究对象,引入生态位适宜度理论对与棉纤维品质形成发育相关的7个生态因子进行生态位适宜度测算,对比实际收获棉纤维品质的灰色关联度分析,结果表明,北疆高产田棉纤维生态位适宜度值第3~6果枝较高,第1～2、第7～8、第9～10果枝相继下降。影响棉纤维发育的生态因子的生态位适宜度值（F_i）与棉花纤维品质之间存在极显著的线性相关关系,不同果枝节位棉纤维品质的生态位适宜度值对棉花纤维品质具有较好的预测性,生态位适宜度分析法可以作为指导棉花生长调控、建立高产高效棉花群体的重要依据。     

棉花pGUS-GhCOMT1基因融合载体构建及转化验证

为了深入研究GhCOMT1基因的功能,确定GhCOMT1基因对棉纤维细胞壁增厚的影响。本实验通过构建棉花木质素合成途径中的咖啡酸-O-甲基转移酶基因GhCOMT1的瞬时表达载体,用将pRTL2-GUS/NIa瞬时表达空载体连接GhCOMT1基因的目的片段,获得pGUS-GhCOMT1融合表达载体,并将其转化到棉花胚珠表皮细胞中进行表达。通过检测可以发现pGUS-GhCOMT1融合表达载体在洋葱表皮细胞及棉花胚珠表皮细胞中高效表达,表明棉花GhCOMT1基因对棉纤维的的伸长有显著的影响,同时为研究棉花纤维发育调控的分子机理提供理论基础。     

一个棉花液泡转化酶基因的克隆与功能分析

棉纤维正常发育需要大量的蔗糖供应。转化酶是生物体内蔗糖代谢途径中的关键酶之一, 对转化酶基因的结构和功能研究将有助于揭示复杂的棉纤维发育分子机制, 并为纤维品质改良提供优良的基因资源。本研究以棉纤维突变体im和遗传标准系TM-1纤维发育中显著差异表达的EST序列(GenBank登录号为EY196825)为探针, 通过电子克隆方法, 结合cDNA及基因组全长基因PCR扩增、测序验证, 克隆到一个棉花液泡转化酶基因GhVacInv2a (GenBank登录号为KF305322)。该基因ORF全长1857 bp, 编码618个氨基酸, 与已登录的陆地棉GhVacInv2基因(GenBank登录号为FJ864677)序列一致性为99%(E=0)。基因组序列分析表明, GhVacInv2a在二倍体棉种非洲棉和雷蒙德氏棉中含1个拷贝, 在四倍体陆地棉和海岛棉中存在2个拷贝, 其中GhVacInv2a和GhVacInv2分属于A、D亚组同源基因。该同源基因含7个外显子, 6个内含子。Q-PCR分析表明, 该基因在花药中表达量最高, 在快速伸长的纤维组织中优势表达。在13~19 DPA的纤维中, 其在TM-1中的表达水平极显著地高于im突变体。开发SNP标记, 将GhVacInv2a基因定位在异源四倍体棉花第3染色体上。标记与性状的关联分析显示, GhVacInv2a与纤维强度存在显著相关(P=0.0087), 表明GhVacInv2a在棉花纤维品质形成中可能发挥重要功能。     

棉花纤维次生壁加厚期基因的表达谱分析

本研究以高纤维强度材料0-153和转基因抗虫棉sGK9708为亲本构建的高代重组自交系群体(F608)中纤维强度具有显著差异的两个系(高强材料69307和低强材料69362)作为材料,利用cDNA芯片技术,对纤维次生壁加厚阶段(15 DPA和20 DPA)的基因表达谱进行研究.共检测到差异表达基因3 383个,占cDN...     

利用马克隆值差异显著的BILs鉴定棉纤维品质相关基因

【目的】马克隆值是衡量棉纤维品质的重要指标之一。利用马克隆值存在显著差异的2个陆海回交近交系材料进行高通量基因芯片分析,旨在筛选和鉴定棉纤维发育相关的关键基因。【方法】从SG747(Gossypium hirsutum L.)和Giza75(Gossypium Barbadense L.)高世代回交近交系(Backcross Inbred Lines,BILs)群体中选取NMGA-140(马克隆值6.2)和NMGA-051(马克隆值4.0)为材料,利用Affymetrix公司的棉花寡聚核苷酸基因芯片对其开花后10 DPA(Days after anthesis)的棉纤维进行了表达谱分析。【结果】获得了2655个差异表达基因,包括功能预测基因(15.57%),翻译、核糖体结构与生物合成相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换、分子伴侣相关基因(9.31%)等。推测β-tub10正向调控棉纤维发育过程,β-tub1负向调控棉纤维发育过程,Ghi.3578.1.S1_s_at在棉纤维发育早期起到了作用。【结论】为棉花纤维品质的遗传改良提供了丰富的基因资源,为分子标记辅助育种开发更多新的分子标记。     

棉花纤维发育的分子研究进展

棉花纤维的发育经历起始期、伸长期(初生壁形成)、次生壁形成期和成熟期四个时期，大量研究表明在棉花纤维发育的各个阶段均有大量的基因参与调控棉花纤维起始细胞突起，棉花纤维细胞的伸长及次生壁的形成等过程。本文综述了棉花纤维发育过程中在分子水平上的一些研究进展。     

棉花纤维发育的分子机理及品质改良研究进展

 棉花纤维细胞的分化与发育是一个复杂有序的过程,在不同的发育时期均有大量的基因表达,参与纤维细胞发育的调控。转录因子和植物激素在棉纤维细胞分化起始过程中起重要的作用。纤维细胞壁结构、细胞骨架和糖类、脂类代谢相关的基因以及激素信号分子与纤维细胞的伸长密切相关。棉纤维次生壁合成时期主要是纤维素的合成及沉积过程,蔗糖合成酶和纤维素合成酶等基因在这一时期起关键的调节作用。在棉纤维发育分子生物学研究的基础上,利用基因工程改良棉花纤维品质也取得了一些研究进展。     

棉花纤维特异表达基因GhF1的分离及鉴定

采用mRNA荧光差异显示结合cDNA末端快速扩增技术,克隆了一个棉纤维特异表达基因的全长cDNA,命名为GhF1,该cDNA全长622 bp,含有一个编码66个氨基酸蛋白的开放阅读框。Southern杂交分析表明该基因在陆地棉(Gossypium hirsutumL.)中含有两个拷贝。Northern杂交分析表明该基因在棉花纤维细胞特异表达,在纤维发育过程中,GhF1转录产物的累积主要发生在纤维细胞发育的早期阶段。尽管未发现该基因与已知基因有任何同源性,但其分布的组织特异性和表达的发育阶段性暗示该基因在纤维伸长中起作用。     

两个棉花ß-葡聚糖酶新基因的结构与表达特征分析

β-葡聚糖酶是一类能降解β-葡聚糖的水解酶。本研究分别通过电子克隆和棉纤维发育cDNA文库筛选法克隆到2个棉花β-葡聚糖酶新基因,内切-1,4-β-葡聚糖酶基因(GhEG,GenBank登录号为HM462003)和1,3-β-葡聚糖酶基因(GhGLU,GenBank登录号: HM462004)。GhEG全长ORF为1 581 bp,编码526个氨基酸残基。GhGLU全长ORF为1 410 bp,编码469个氨基酸残基。基因组水平分析表明,GhEG含5个内含子和6个外显子,而GhGLU无内含子,仅1个外显子。新克隆的2个基因在二倍体棉种非洲棉和雷蒙德氏棉中含1个拷贝,而在四倍体陆地棉和海岛棉中存在2个拷贝。通过开发SNP标记分别将GhEG和GhGLU在四倍体中的一个拷贝定位在第19染色体和第4染色体上。Q-PCR表达分析表明,GhEG在根、茎、叶中表达水平很低,而在纤维伸长期优势表达,在15 DPA和20 DPA纤维中,该基因在海岛棉海7124中的转录本显著高于陆地棉TM-1。GhGLU在根、茎、叶及纤维发育不同时期均有表达,属于组成性表达基因,特别在根、纤维发育初始期和伸长后期优势表达,且表达水平在陆地棉TM-1和海岛棉海7124间也有显著差异。     

棉纤维发育相关基因时空表达与纤维品质的关联分析

以14个纤维品质差异的棉花品种(或品系)为材料,研究10个纤维发育相关基因时空表达变化与纤维品质的关系,为阐明棉纤维发育相关基因与纤维品质形成关系提供理论基础。利用实时荧光定量PCR技术检测10个基因在14个供试品种(或品系)不同纤维发育时期的相对表达量,结果表明,虽然遗传背景完全不同,但它们具有某些共同表达特征。GhExp1、GhCIPK1、GhSus1、GhSusA1和GhPL这5个基因都是在纤维伸长期优势表达;GhACT1、GhRacA和GhRacB是在纤维伸长前期和次生壁加厚期高表达;而GhCelA1和GhcelA3是在纤维伸长后期和次生壁加厚期优势表达。这些基因表达谱与纤维品质关联分析显示,GhRacA在23DPA高表达且表达量与纤维品质显著正相关,其余基因在低表达时其表达量与纤维品质呈显著性相关,而在高表达时其表达量与纤维品质无相关性。GhExp1在20DPA的表达量与纤维比强度和整齐度呈显著负相关,与伸长率呈极显著正相关;GhPL在23DPA的表达量与纤维长度呈显著负相关;GhRacA在5DPA和23DPA的表达量均与伸长率呈极显著正相关;GhRacB在10DPA的表达量与长度和整齐度呈显著负相关;GhCelA1基因在5DPA的表达量与纤维长度呈显著正相关,与马克隆值呈显著负相关,在10DPA的表达量与马克隆值呈显著正相关,与伸长率达到极显著正相关,与比强度呈显著负相关,与长度和整齐度呈极显著负相关;GhCIPK1、GhACT1、GhSus1、GhSusA1和GhCelA3 这5个基因在纤维发育各时期的表达量与纤维品质各指标未检测到相关性。     

QTL Mapping of Important Agronomic Traits on Chromosomes Showing Marker Segregation Distortion in Interspecific Backcross Cotton Populations

[Objective] The purpose of this study was to map QTLs for yield, maturity, and fiber quality traits of cotton interspecific hybrid populations and to mine favorable alleles from the cotton genome for QTL fine mapping, gene cloning, and molecular marker-assisted selection. [Method] Four BC₁F₁ populations, E(E3), E(3E), (E3)E, and (3E)E, were developed by crossing sea island cotton 3-79 ("3") and upland cotton 'Emian 22' ("E"), and with "Emian 22" as the recurrent parent. BC1F2 populations derived from BC1F1 populations were phenotyped to allow mapping of QTLs for yield-, maturity-, and fiber quality-related traits on chromosomes showing segregation distortion. [Result] A normal distribution test indicated that six fiber quality-related traits, except for the micronaire value in E (E3) and the short fiber ratio in all populations, followed a normal distribution pattern; in contrast, earliness-related traits were not normally distributed in all populations, which suggests that genotype-environment interactions have strong effects on maturity-related traits. Using composite interval mapping, 47 QTLs were detected on three chromosomes (2, 16, and 18): 15 in (E3)E, 13 in (3E)E, 12 in E(E3), and 7 in E(3E), with the phenotypic variation explained (PVE) ranging from 8.8%–30.9%. A total of 27 fiber-related QTLs were discovered, with the PVE ranging from 9.0%–30.9%. Five yield-related QTLs (PVE = 8.8%–17.4%) and 13 maturity-related QTLs (PVE = 9.4%–19.4%) were also identified. [Conclusion] Comparison analysis showed that most QTLs in our study were consistent with the MetaQTL, including QTLs for boll weight, fiber length, fiber length uniformity, lint percentage, and micronaire value on chromosome 2; QTLs for fiber length, fiber strength, and fiber length uniformity on chromosome 16; and QTLs for boll weight, date of boll opening, fiber length, fiber strength, fiber length uniformity, and micronaire value on chromosome 18. Several detected QTLs in our study were not found in the MetaQTL, such as QTLs for date of boll opening and lint percentage on chromosome 16 and a QTL for the date from seedling to flowering stages on chromosome 18. These newly identified QTLs may provide novel insights for cotton QTL analysis.     

陆地棉Ghkinesin13亚家族基因的克隆及表达特征分析

Kinesin家族是一类马达蛋白,它们能利用ATP水解所释放的能量驱动自身携带物质分子沿着微管运动,在细胞形成、细胞伸长等方面起着关键作用。本研究以拟南芥Atkinesin-13A蛋白序列作为探针序列,利用Blast比对从二倍体雷蒙德氏棉的基因组数据库中发现7个具有较高同源关系的基因。根据基因序列设计引物,利用RT-PCR技术从陆地棉纤维中分离出7个基因。依据7个基因与Atkinesin-13A和Atkinesin-13B的同源性高低,依次将其命名为Gh KIS13A1、Gh KIS13A2、Gh KIS13A3、Gh KIS13B1、Gh KIS13B2、Gh KIS13B3和Gh KIS13B4。生物信息学分析表明,7个Ghkinesin13均含有典型的KISC马达区域、ATP结合位点和微管结合位点,其马达区域属于中央马达。多重序列比对和进化树分析发现,这7个蛋白可被分为2个(Kinesin13A和Kinesin13B)亚类。实时荧光定量PCR结果表明,7个Ghkinesin13亚家族基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中Gh KIS13B4在纤维中优势表达,表明其在纤维发育过程中可能发挥着重要作用。     

陆地棉开花后20d纤维抑制性消减文库的构建及分析

本研究以高比强度纤维材料0-153和转基因抗虫棉sGK9708为亲本构建的高代重组自交系群体(F6:9)中选育出的高比强度纤维品系(69307)作为材料,利用抑制性消减杂交技术,以15DPA纤维为driver、20DPA纤维为tester,成功构建出陆地棉开花后20d纤维的cDNA消减文库。通过蓝白斑筛选、菌落PCR及反向Northern技术最终筛选出差异表达的阳性克隆340个。通过对阳性克隆测序及序列分析,共得到115个单一序列,其中35个重叠群,80个单拷贝。利用Blast2GO等对差异表达基因进行生物信息学分析,结果表明这些差异表达基因广泛参与糖类、脂类、氨基酸等物质的代谢,以及纤维素生物合成、细胞壁合成与修饰、氧化还原、细胞信号转导等生物学过程。