陆地棉Li1纯合显性不致死重组体的遗传分析

极短纤维突变体Li₁自国外引入本实验室后,出现了纯合致死现象。而在杂交组合(Li₁×XZ142 FLM)的后代中意外发现了一些Li₁基因纯合的突变体株系,其自交后代均为极短纤维。这种Li₁基因显性纯合不致死突变体被命名为Li-R重组体。本实验利用Li-R重组体分别与TM-1、海7124及突变体Li₁新组配了3个F₂群体,对Li-R重组体进行遗传分析。组合Li-R×XZ142 FLM、Li-R×TM-1、Li-R×海7124及Li-R×Li₁的F₂后代的分离结果均表明, Li-R重组体的纯合显性不致死表型是由2对基因控制的,一个是显性基因Li₁,另一个是来自XZ142 FLM的隐性基因li_a。其中的li_a基因是本实验室新提出的一个基因。因而Li-R的基因型就是li_ali_aLi₁Li₁;并由此推断,Li₁纯合致死突变体的基因型是Li_aLi_aLi₁Li₁,XZ142 FLM的基因型为li_ali_ali₁li₁,1929年发现的Li₁显性杂合突变体的基因型为Li_aLi_aLi₁li₁。利用(Li-R×TM-1)F_2:3进一步分析Li-R中的新基因li_a的等位性,发现li_a与控制纤维起始发育的基因li₃、n₂均不等位。新基因li_a的提出,进一步丰富了纤维发育基因资源。     

棉花阿拉伯半乳糖蛋白基因的克隆、表达与染色体定位分析

陆地棉李氏超短纤维突变体(Li1li1)是显性单基因突变体,表现为茎秆、叶片卷曲,纤维短至6mm,其隐性纯合体(li1li1)则表现为株型和纤维发育都正常。对开花后10d的李氏纤维发育正常材料(li1li1)和超短纤维突变体(Li1li1)胚珠纤维混合体进行mRNA差异显示反转录PCR(DDRT-PCR)分析,获得1条在李氏纤维发育正常材料中上调表达的差异片段。进一步通过5'RACE技术获得全长为621bp的cDNA,测序及DNA序列的生物信息学分析表明该cDNA片段与拟南芥编码阿拉伯半乳糖蛋白基因AGP14有52%相似性,故命名为GhAGP。表达特征分析表明,该基因在陆地棉根、茎、叶和纤维中组成性表达,在棉纤维中优势表达。基因组序列分析显示,该基因在二倍体棉种非洲棉和雷蒙德氏棉中各有1个拷贝,在四倍体棉种陆地棉TM-1和海岛棉海7124中分别存在2个拷贝,表明A、D亚组中各有1个拷贝。利用本实验室陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉海7124培育的含140个单株的BC1作图群体,将GhAGP基因的2个拷贝分别定位在四倍体棉花部分同源转化群染色体6和染色体25上。     

棉纤维伸长阶段上下调基因及相关通路的分析

棉花纤维细胞是研究细胞发育机制的理想材料，陆地棉Ligon lintless(Li₁)是单基因显性超短纤维突变体, 其性状表现为长纤维极度缩短，分离得到的野生型(li₁)纤维发育正常。本实验通过cDNA芯片的方法对两个材料进行比较分析，采集开花前1 d到开花后7 d即–1 DPA ~ +7 DPA (day post anthesis)材料，检测到多个上调和下调基因，选择两个基因(CIPK和XET)进行RT-PCR和qRT-PCR的芯片验证。应用MAS (molecular analysis system)系统进行GO功能注释和Pathway的分析表明，这些差异表达基因参与脂肪酸代谢(fatty acid metabolism)，甘油脂代谢(glycerolipid metabolism)以及碳固定(reductive carboxylate cycle)等多个代谢途径。这些基因在突变体Li₁中的异常表达可能导致细胞中脂肪酸和脂肪含量变化，影响棉纤维细胞的正常发育。     

棉纤维发育相关基因GhCHS、GhCPI的克隆与鉴定

  以陆地棉李氏超短纤维突变体Li₁li₁自交后代野生型li₁li₁和超短纤维突变体Li₁li₁开花后4 d的胚珠纤维的复合体的RNA为探针,通过基因芯片的方法筛选优质材料7235棉纤维伸长、次生壁加厚不同发育时期混合cDNA文库,分离出两个在两种材料中差异表达的cDNA序列,分别命名为GhCHS（GenBank登录号：EF643506）和GhCPI（GenBank登录号：EF643507）。RT-PCR分析表明：开花后4 d,GhCHS,GhCPI在陆地棉李氏野生型li₁li₁纤维中的表达量低于超短纤维突变体Li₁li₁。Southern杂交结果表明两个基因在陆地棉基因组中都存在两个拷贝     

陆地棉耐盐相关基因(GhVP)的克隆及分析

液泡膜质子转运无机焦磷酸酶(V-PPase)酸化植物液泡并为液泡的次级转运系统提供能量。本研究根据棉花耐盐抑制消减(SSH)文库中的一个EST序列设计特异性引物,利用cDNA末端快速扩增(RACE)技术首次克隆了陆地棉焦磷酸酶基因,将其命名为GhVP。生物信息学分析显示,该基因包含一个2301 bp的完整开放读码框,编码766个氨基酸的多肽,与拟南芥和烟草的同源性分别达90%和93%。RT-PCR结果显示,GhVP的表达丰度随着盐处理时期的增加而变化,盐处理6 h表达量最高,随后开始下降,这一结果与Thellungiellahalophila中的研究相似,该研究将有助于了解非盐生植物的耐盐特性。     

棉花纤维伸长发育期的基因表达分析

利用cDNA芯片技术分析陆地棉显性单基因突变的李氏超短纤维突变体（Li₁li₁）和其野生型（li₁li₁）纤维发育4 DPA（day post anthesis）的基因差异表达情况。RT-PCR验证4DPA芯片结果，得到15个差异表达的EST（expressed sequence tag），其中9个下调表达，即野     

对一个新发现的棉纤维突变体的鉴定及特性分析

在农杆菌介导的转基因组织培养再生后代中发现了一个无绒有絮的纤维发育突变体,通过自交选择T₃代获得其纯合体,命名为CM突变体。尽管CM突变体从转基因后代中发现,但和转基因插入位点无关,推测是在组织培养过程中产生的点突变所致。通过与陆地棉遗传标准系TM-1,海岛棉军海1号,以及新乡小吉无绒有絮(XinFLM),新乡小吉无绒无絮(XinWX),徐州142无绒无絮(XZ142WX),显性光子N1N1,隐性光子n2n2、SL-7-1、MD17及T586等一系列纤维发育突变体分别配制F₂组合进行突变基因的遗传及等位性分析,结果表明CM突变体与纤维发育正常的TM-1和军海1号杂交,F₁表型均为无绒有絮,F₂表现无绒有絮和有绒有絮3∶1分离,说明该突变体与纤维发育正常材料相比,在短绒发育方面存在一个位点的差异,该突变性状由单显性基因控制。等位性测验及分子定位均表明, 控制该突变体短绒的基因与控制N1N1显性光子的N1基因等位。扫描电镜进一步证明该基因突变会造成纤维起始突起延迟。与N1N1突变体相比,CM突变体的衣分比N1N1显著高,而百粒重比N1N1极显著低。推测CM突变体中的突变基因与显性N1基因为复等位基因。     

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。     

陆地棉两个纤维突变体的遗传分析

用新乡小吉无絮与TM-1和徐州142无絮杂交,用新乡小吉无绒有絮突变体与新乡小吉无絮、徐州142无絮以及隐性光子n2杂交,共配制5个F2组合和2个F2∶3家系来分析这两个棉纤维突变体的遗传.遗传分析表明:新乡小吉无絮与TM-1在纤维和短绒发育方面存在至少2个位点的差异;新乡小吉无绒有絮突变体是新乡小吉无絮控制纤维发育基因发生显性突变造成的,两者在棉纤维发育上仅有1个位点的差异.等位性测验表明,控制新乡小吉无絮纤维和短绒发育的基因与控制徐州142无絮基因等位;控制新乡小吉无绒有絮突变体纤维和短绒发育的基因与隐性光子n2等位.不论采用那种分析方法,新乡小吉无绒有絮突变体与新乡小吉无絮都仅存在一个纤维发育基因的差异.     

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。     

IAA和GA3对棉花短纤维突变体纤维长度的离体诱导作用

以棉花等基因系超短纤维突变体(Ligon Li1)及其野生型(Ligon li1)为材料,用胚珠离体培养方法,研究IAA（生长素）和GA3（赤霉酸）与纤维细胞伸长的关系。研究表明:（1）在含单激素IAA或GA3培养基内,离体诱导突变体胚珠产生的纤维长度分别约为1.86 mm和2.1 mm,比在对照（不含激素）培养基内的纤维长度分别增长86%和110%,说     

早衰和正常小麦近等基因系旗叶光合特性与产量比较研究

本试验以小偃54×8602高代分离品系中的早衰与对照品系近等基因系为试验材料，研究了早衰对小麦旗叶光合速率、籽粒灌浆速率及产量的影响。结果表明，早衰小麦旗叶叶绿素含量较低，而且在生育后期下降较快；在整个灌浆期，旗叶光合速率、PSⅡ最大光化学效率F_v/F_m均低于对照；光饱和点低而光补偿点高，     

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。     

利用基因芯片技术筛选棉纤维伸长相关基因

从回交近交系(backcross inbred lines, BIL)群体中选取纤维长度差异较大的两个系NMGA-062 (33.03 mm)和 NMGA-140 (25.87 mm),利用Affymetrix棉花基因芯片,分析其开花后10 d (DPA, days post anthesis)棉纤维伸长相关基因表达谱。在24 029条转录本中,两材料间差异表达的转录本有7 282条,占总数的30.31%;其中差异表达倍数在2倍或2倍以上的转录本有3 993条,占筛选转录本总数的16.62%,功能分类表明这些转录本主要包括功能预测基因(15.57%)、翻译、核糖体结构相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换相关基因(9.29%)3大类。为了验证芯片数据的可信性,8个差异表达显著的基因(Ghi.10655.1.S1_s_at, ACO1, ARF1, SAHH, TUA6, TUA7, β-tub1, β-tub10)被用于实时荧光定量PCR。两种检测手段表现出一致性。随后,利用实时荧光定量PCR对3个与棉纤维相关基因(ARF1, β-tub1, β-tub10)在纤维发育不同时期(5、10、15、20和25 DPA)的表达模式进行了研究,结果表明,3个基因在纤维伸长发育时期(10和15 DPA)大量表达,推测这3个基因可能与棉纤维伸长有重要关系。     

超短纤维突变体纤维内源激素及其相关酶在纤维伸长期的变化

以超短纤维突变体(Ligon lintless)及其野生型这一对遗传等基因系为材料,研究棉纤维伸长与内源激素含量及其相关酶活性的关系.结果表明,在野生型纤维快速伸长阶段,突变体却表现为:纤维中GA3初期的低含量、IAA的峰值出现时间推迟(迟6d)且明显低于野生型、ABA含量的快速降低时期出现迟(迟3d)且短(短6d)以...     

棉纤维发育相关转录因子的研究进展

 转录因子在棉纤维细胞分化发育过程中起重要的调节作用。近年来已经有多个与棉纤维发育相关的转录因子被研究报道,主要包括MYB、HD-ZIP、MADS、TCP等家族成员,其中研究最为广泛的为MYB类转录因子。GL1类的MYB转录因子和MIXTA类的MYB转录因子通过不同的调控方式参与对棉纤维细胞发育的调控。对这些转录因子的深入研究,对于揭示棉纤维细胞分化发育的分子机理具有重要的意义。本文就这方面的研究进展作一简要概述。