陆地棉转录因子GhNAC7的克隆及功能分析

【目的】从陆地棉中克隆GhNAC7,分析其结构和功能,研究其在棉花不同组织中以及叶片不同发育时期的表达量。并转入拟南芥进一步探究其在棉花叶片衰老过程中的作用。【方法】利用中国农业科学院棉花研究所棉花生物学国家重点实验室建立的棉花衰老叶片cDNA文库中的序列,获得1个含有NAM结构域的EST,使用Oligo6.71设计引物,重新在陆地棉叶片cDNA中进行克隆。使用Gene Structure Display Server软件分析GhNAC7结构,使用在线工具Plant CARE分析启动子序列,利用在线工具Gen Scan进行氨基酸序列翻译。同时,利用拟南芥基因组数据库(TAIR)进行序列比对,选取得分较高的NAC家族基因,使用MEGA 6.06软件和Gene Doc软件进行进化树分析和氨基酸比对。以XbaⅠ和SacⅠ为酶切位点构建35S::GhNAC7-GFP融合表达载体,分析其在洋葱表皮细胞中的瞬时表达,进行亚细胞定位。利用实时荧光定量PCR技术分析GhNAC7在棉花不同组织、不同叶片发育时期以及在200μmol·L~(-1) ABA调控下的表达量。通过构建p GhNAC7-GUS融合表达载体并转拟南芥,分析其启动子特异性。以Eco RⅠ和SalⅠ为酶切位点,利用p BI101和p BI121载体,分别构建融合表达载体并转拟南芥进行过表达分析。【结果】从陆地棉中成功克隆GhNAC7,其全长为1 064 bp,包含3个外显子,2个内含子。生物信息学分析结果表明,GhNAC7开放阅读框为834 bp,可编码277个氨基酸,其蛋白质分子量为31.35 k D,等电点为9.22。结构域分析表明其属于NAC转录因子的NAM亚家族,进化树分析显示GhNAC7与ANAC041、ANAC083同源性最高,其中,GhNAC7与ANAC083结构域位置均为17—58 aa。其启动子核心元件包含一系列与衰老、激素、胁迫相关的顺式作用元件。亚细胞定位表明其蛋白为核蛋白。组织特异性表明GhNAC7在真叶、子叶、花、花药和衰老真叶中均明显表达,其中在衰老的真叶中表达量最高。启动子特异性分析表明,其GUS活性在衰老的叶片中最强。在拟南芥中过表达该基因,转基因植株比野生型表现出明显的衰老症状。荧光定量PCR分析表明,ABA处理后6 h GhNAC7明显上调表达,并在48 h表达量达到最高,这表明ABA可调控GhNAC7表达从而调节棉花叶片衰老。【结论】GhNAC7可以促进棉花叶片衰老并受ABA的调控。     

一个短季棉芽黄基因型的鉴定及生理生化分析

 【目的】鉴定新的早熟棉花芽黄突变体,为揭示航天诱变机理和芽黄突变体的利用提供理论基础。【方法】以中棉所58芽黄突变体为材料与野生型、棉花中期库17份芽黄材料进行正、反交,通过遗传学分析、叶绿体的超微结构观察和抗氧化系统酶活性测定,比较中棉所58芽黄突变体Vsp与野生型的各性状差异。【结果】中棉所58芽黄突变体Vsp和野生型中棉所58正、反交F2叶色表现符合绿叶﹕黄叶为3﹕1的分离结果,说明该突变体的芽黄性状由隐性核基因控制,中棉所58芽黄突变体Vsp和其它17份芽黄材料正、反交,虽有材料杂交后代有极个别表现芽黄表型,但绝大部分（95%以上）都表现为正常绿色,说明控制中棉所58芽黄突变体Vsp芽黄性状的基因和其它17份已经鉴定的芽黄材料控制该性状的基因不等位。叶绿体的超微结构表明,芽黄突变体叶绿体发育存在一定的缺陷,发育比较滞后,基粒类囊体和基质类囊体垛叠数较少,排列比较混乱,但随着叶片的不断发育,之后逐渐达到野生型的发育水平。芽黄材料的株高、果枝数、大铃、小铃、产量和纤维品质显著低于对照,芽黄突变体的SOD和CAT活性低于对照,POD活性高于对照,说明其抗氧化能力远低于对照。【结论】利用航天诱变技术,经过多代连续自交,获得芽黄性状稳定遗传且不同于棉花中期库17份已有芽黄材料的芽黄突变体中棉所58Vsp,该芽黄性状受一对隐性核基因控制;该芽黄突体的抗氧化系统酶活性、色素含量、叶绿素合成前提物质及叶绿体的超微结构均受到一定的影响。     

早熟抗虫棉新品种——中棉所84

中棉所84(原代号中夏杂08)是由中国农业科学院棉花研究所与生物技术研究所合作,以sGK中825为母本,以中416为父本配置杂交组合,杂交一代经产量、抗性和生化辅助育种选育而成,2008-2009年参加河南省短季杂交棉品种区域试验,2010年参加河南省短季杂交棉品种生产试验,获得在河南省的国家农业转基因生物生产应用安全证书[农基安证字(2010)第181号].     

早熟转基因抗虫棉品种——中棉所94A1822

概述了中棉所94A1822的选育过程、特征特性，并总结了其关键栽培技术。     

利用WGCNA进行棉花果枝节间伸长相关基因共表达模块鉴定

【目的】旨在进行棉花果枝节间伸长相关基因的共表达模块鉴定,研究基因整体表达规律,挖掘目标基因及候选基因。【方法】以两个株型结构差异显著的棉花品种(新陆中77和鲁棉研28)的18份不同长度果枝节间样本的转录组数据作为分析对象,通过权重基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)进行模块的划分,根据模块功能富集分析及基因表达模式进行特异性模块的筛选及枢纽基因的鉴定,利用Cytoscape_3.3.0进行加权基因共表达网络图的绘制。【结果】利用34 559个有效基因创建了共表达网络,划分为13个共表达模块,筛选得到Cyan模块为与棉花果枝节间伸长相关的特异性模块,并发现植物激素信号转导通路中的JAZ(Jasmonate-zim-domain protein)基因为该模块的枢纽基因,挖掘到80个潜在的候选基因,并用其构建了基因互作调控网络。【结论】JAZ类基因在抑制棉花果枝节间伸长生长过程中发挥着重要的作用,本研究结果可为棉花果枝节间伸长的调控机理研究提供数据支持,为进一步调控棉花株型结构奠定理论基础。     

陆地棉农艺性状与SSR标记的关联分析

利用关联分析方法以160对SSR引物对68份陆地棉品种2个播期组成的自然群体进行基因型检测,在利用STRUCTURE 2.3.4软件分析群体结构的基础上,采用TASSEL 4.0软件的GLM程序和MLM程序对17个农艺性状进行关联分析。结果显示,STRUCTURE群体结构分析将68份供试材料划分为3个亚群,基于Nei's遗传距离的聚类分析也将68份供试材料划分为3个亚群,与群体结构划分结果基本一致。6个SSR位点均能通过GLM和MLM程序检测到,且在2个播期下稳定出现,其中,CER0098-400与全生育期显著关联,DPL0375-250和HAU2414-147与果枝始节显著关联,DPL0504-135、HAU0883-120和NAU1298-524与衣分显著关联。本研究结果为棉花分子标记辅助选择提供了依据。     

SOD与植物胁迫抗性

SOD是生物体内超氧阴离子自由基的清除剂,有效地防止它们对生物体的损害,几乎参与了生物体对各种逆境的生理生化反应,是生物体内一种很重要的抗氧化酶类,有很好的科研价值和应用价值。本文介绍了SOD的分类、位置、结构,并就近几年SOD与环境胁迫、抗病、抗衰老、转基因等抗逆方面的最新研究进展进行了综述,结合本实验室关于短季棉早熟不早衰研究,对SOD的研究与应用进行了展望。     

赤霉素对棉花叶片衰老相关基因表达的影响

 摘要：以中棉所10号未衰老和衰老的棉花叶片为材料,构建数字化表达谱文库,通过比较2个表达谱数据发现：赤霉素合成的关键基因GA3ox、GA20ox,乙烯合成的关键基因ACS6和促进叶片衰老基因NAP、SAG18均显著上调表达,利用荧光定量技术证明了这几个基因的表达谱数据结果可靠。用浓度30 μg·μL^-1和100 μg·μL^-1的赤霉素处理棉苗,通过荧光定量技术分析ACS6、NAP和SAG18在不同浓度赤霉素处理下和对照中的表达变化,结果表明：用不同浓度的赤霉素处理棉花可以抑制NAP、SAG18的表达,但是在处理6 h后却促进了乙烯合成基因ACS6的表达,初步推断赤霉素可能通过与乙烯的协同作用调控叶片的衰老。本试验结果将为进一步研究赤霉素对叶片衰老的作用机理奠定基础。     

利用SSCP技术分析棉花纤维差异表达的基因

 单链构象多态性(Single strand conformation polymorphism,SSCP)技术是一种简便、灵敏的多态性检测方法,可以检测出在非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳中因构象差异而导致的单链DNA片段迁移率的不同。本研究根据棉花基因芯片筛选的纤维发育中差异表达基因设计了162对引物,利用SSCP技术在4个陆地棉品种、4个海岛棉品种中进行多态性检测。结果表明,在162对引物中,146对引物经PCR扩增后在1.5%的琼脂糖凝胶电泳中检测出现清晰、明亮的带。经过SSCP分析,54对引物在陆地棉之间产生多态性,共出现116个多态性位点;45 对引物在海岛棉之间产生多态性,共出现111个多态性位点;79对引物在陆地棉和海岛棉之间产生多态性,共出现260个多态性位点;36对引物在陆地棉之间、海岛棉之间同时出现多态性。进一步聚类分析后表明,海岛棉和陆地棉分别聚在了一起。     

NO对生长发育中棉花叶片NO含量及其对抗氧化物酶的影响

以早衰性状不同的棉花栽培品种为材料,在自然条件下和外施一氧化氮(nitric oxide, NO)的条件下,调查早熟棉花植株真叶和子叶衰老过程中NO含量变化和抗氧化酶活性及相关基因的表达。结果表明,大田条件下,NO含量在幼嫩叶片中最高,随着叶片的衰老含量逐渐降低;在叶片发育后期早衰材料的NO含量下降快,并且显著低于不早衰材料。室内条件下,植株发育过程中,NO含量在幼嫩子叶中最高在生长后期最低;外施SNP溶液后的植株,其NO含量在子叶的整个生育期都比对照组高,且两者差异显著。对照组和处理组的过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性及相关基因的表达第7天较低,第14天最高,随后逐渐下降;在同一时期,处理组显著高于对照组,在生育后期表现的更为明显。外施SNP可显著降低参试品种过氧化物酶(POD)的活性和相关基因的表达。在子叶发育初期,外源NO对超氧化物歧化酶(SOD)的活性有抑制作用,随着叶片衰老,处理组的SOD活性又高于对照组。不同类型的SOD对NO的反应不同,Cu/Zn SOD最敏感,其中又以cCu/Zn SOD基因的作用更突出。NO通过调控植株体内CAT、APX、POD和SOD等氧化/抗氧化系统,延缓叶片的衰老进程。