Bt抗虫棉新品系毒蛋白表达差异分析

【目的】本研究旨在探讨部分抗虫棉不抗虫的原因。【方法】通过室内生物测定、卡那霉素、Bt-Cry1Ab/Ac试纸条、PCR分析、Southern blot检测和Bt蛋白含量检测等方法分析了23个抗虫棉新品系的抗虫性。【结果】生测结果表明供试品系间幼虫死亡率差异显著。卡那霉素、Bt-Cry1Ab/Ac试纸条、PCR分析和Southern blot检测结果表明,Bt基因在供试材料中整合并稳定遗传且为单拷贝。RT-PCR结果表明,各试验品系Bt基因相对表达量差异较大,花期叶片Bt基因的相对表达量最高;Bt蛋白检测结果发现抗虫棉Bt蛋白表达量在生育前期大于后期,营养器官中的大于生殖器官,不同年份Bt蛋白含量差异显著。幼虫死亡率与Bt基因相对表达量的相关系数仅为0.1745,与Bt蛋白的相关系数为0.7130,表明Bt蛋白含量越高,抗虫性越好;各组织器官的Bt蛋白与Bt基因的相对表达量相关系数为-0.3659~0.2542,二者表达趋势不一致,表明遗传背景对抗虫棉Bt蛋白的表达具有一定影响。且Bt基因可能在转录后受到调控导致Bt蛋白含量发生变化,从而影响了抗虫棉的抗虫性。【结论】这些结果有望为抗虫棉育种提供参考。     

植酸酶基因PhyA对陆地棉产量性状的影响

在人工控制(培养基、水培、沙培)条件下,植酸酶基因PhyA具有分解利用培养基质植酸磷、提高磷素利用效率的功能,但在田间的表现目前尚未明确。在前期完成的PhyA转基因陆地棉新材料盆栽试验基础上,将其种植在田间条件下,研究PhyA基因对棉花产量性状的影响。结果表明,部分转基因棉花新材料的单株结铃数、铃重、衣分、籽棉产量、皮棉产量与野生型对照存在显著差异,PhyA在田间条件下具有改良转基因棉花部分产量性状的能力。在此基础上,遴选出2个转PhyA棉花优良新品系G3、G2,可用作今后转植酸酶基因棉花新品种培育的基础材料。     

棉花GbSTK基因调控开花和黄萎病抗性的功能研究

棉花是重要的经济作物,实现既抗病又早熟是棉花重要的育种目标,但棉花抗病与早熟基因之间的关联性研究报道甚少。本课题组前期鉴定到一个响应黄萎病菌诱导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶基因GbSTK,可以提高转基因拟南芥的黄萎病抗性。本研究发现多个抗病棉花品种中STK基因的表达量显著高于感病对照品种H208。在抗病品种农大601中沉默STK基因,沉默植株在接菌后20d,其黄萎病抗性显著降低,病情指数由27.5(耐病)升高到63.2(感病),表明该基因正向调控棉花黄萎病抗性。对转GbSTK基因拟南芥表型鉴定发现,其开花时莲座叶片数平均为7.5个,显著低于空载体对照植株(11.9个),转基因植株开花时间较对照平均提早5~7 d。进一步对拟南芥开花途径标志基因FT、SOC1和LFY的转录水平检测发现,转基因不同株系中FT和SOC1的表达水平显著高于对照植株,而LFY基因的表达受影响较小,表明STK基因可以影响开花关键基因FT和SOC1的表达,进而调控植株提早开花。基于酵母双杂交互作蛋白筛选试验,初步获得30个与GbSTK具有互作关系的候选蛋白,为进一步揭示GbSTK的分子调控网络奠定了基础。本研究首次鉴定出可同时提高黄萎病抗性和提早开花的一个功能基因,为棉花抗病早熟遗传改良提供了参考依据。     

棉籽大小与形状关联标记发掘及候选基因筛选

棉籽在油脂、饲料加工等领域具有重要用途,且影响纤维产量和品质。为发掘棉籽性状遗传位点与候选基因,利用419份具有丰富遗传变异的棉花品种资源构成的自然群体,在2个年度鉴定其棉籽性状,结合群体重测序SNP基因型进行全基因组关联分析。结果发现,供试群体棉籽长度、宽度、长宽比、面积与周长等性状存在较大遗传变异,变异系数3.91%~9.55%;有7个SNPs在2年同时被检测到与棉籽大小和形状关联,有23个SNPs在1年与3个以上棉籽相关性状关联,其中D11染色体D11∶50561153在2年与粒宽、面积和周长关联,D12染色体D12：56031535在2年与粒长、面积和周长关联;同时,D05染色体在2年检测到4个与籽粒长宽比显著关联SNPs,A07染色体检测到10个与粒长、周长和面积关联SNPs,且单倍型间相关性状差异极显著。进一步分析发现,关联位点附近存在21个候选基因随棉花胚珠发育进程表达量呈现增加趋势,其中Gh_D05G0148编码乙烯调控反应的EBF蛋白（EIN3-binding F-box protein）,该基因在棉花开花后1~35 d的胚珠中优势表达,且以开花后10 d表达量最高;同时,候选基因Gh_D05G0144编码胚珠发育相关YABBY转录因子,该基因在棉花开花后20~35 d的胚珠中表达量较高,推测与棉籽后期发育有关。以上结果为棉籽多性状同步改良提供了选择标记与基因,为实现纤维和棉籽性状同步遗传改良奠定了基础。     

棉花PhyA新品系纤维品质及黄萎病抗性分析

利用前期获得的转植酸酶基因PhyA棉花新材料,分析其在低磷土壤条件下的纤维品质及黄萎病抗性。结果发现:受体品种‘农大94-7’转基因株系的纤维伸长率、马克隆值、平均长度、纤维长度、成熟度与对照存在显著差异,比强度与对照差异不显著;受体品种‘农大棉7号’转基因株系纤维整齐度、平均长度与对照存在显著差异,而伸长率、马克隆值、比强度、短纤维率、成熟度与对照差异不显著,且转基因株系纤维品质在世代间存在一定程度的一致性。同时发现,‘农大94-7’、‘农大棉7号’转PhyA株系黄萎病病株率和病情指数均显著低于对照。综合分析各株系纤维品质与黄萎病抗性,结合其产量性状表现,筛选出1个(G2)耐低磷优良新品系。     

海岛棉CSSLs分子评价及纤维品质、产量性状QTL定位

本课题组前期以陆地棉中棉所8号(CCRI8)为轮回亲本, 海岛棉Pima 90-53为供体亲本培育了一套陆地棉中棉所8号为背景的海岛棉染色体片段置换系(CSSLs), 本研究利用SSR标记对该置换系群体BC₃F₅进行基因型检测, 在3个不同环境下(河北保定、青县和新疆轮台)鉴定其纤维品质和产量相关性状并进行QTL定位。该置换系群体包含182个家系, 置换片段数在1~15个之间, 平均为6.6个; 导入片段长度在0.7~83.2 cM之间, 平均长度为16.8 cM; 置换片段总长度20 249.6 cM; 背景回复率在92.3%~99.6%之间, 平均为96.2%。共检测出59个相关的QTL, 其中与纤维品质性状相关的41个, 单个QTL的贡献率为1.27%~26.66%; 与产量性状相关的18个, 单个QTL的贡献率为2.03%~19.38%; 检测到14个稳定的QTL, 其中4个马克隆值和2个纤维伸长率相关的稳定QTL增效基因均来自高值亲本海岛棉Pima 90-53, 2个铃重相关的稳定QTL增效基因来自高值亲本陆地棉中棉所8号。研究结果为深入开展纤维品质和产量性状的QTL精细定位、QTL间互作和分子育种提供了理论依据。     

低磷胁迫下陆地棉苗期根生物量相关性状全基因组关联分析

磷(phosphorus, P)是植物生长发育所必须的营养元素,低磷胁迫是制约棉花生长发育的重要因素之一。本研究以419份陆地棉核心种质为材料,对低磷胁迫下2个环境6个根生物量相关性状进行表型鉴定,基于366万个SNPs(single nucleotide polymorphisms)进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),筛选显著关联的SNPs位点并挖掘候选基因。结果表明,低磷胁迫下棉花根生物量性状具有广泛的遗传变异,其中根冠比(root shoot ratio, RSR)的变异系数最大(45.30%)。在2个环境下共检测到393个与根生物量性状显著关联的SNPs,这些位点主要分布于D02 (75个)、A08 (64个)和A07 (35个)染色体,其中28个SNPs在至少2个性状或环境中同时检测到。进一步筛选到13个候选基因,其中Gh＿A08G1889在E1环境中低磷条件下的根冠比(LP-RSR-E1)中检测到, A08:99606874(A/C)位于该基因外显子中并导致了非同义突变(Val/Leu),且该基因编码赤霉素响应蛋白G...