陆地棉自然群体纤维强度性状的全基因组关联分析

纤维强度是衡量棉花纤维品质的重要指标之一。了解棉纤维强度形成的遗传基础对棉花纤维品质的遗传改良具有重要的指导意义。本研究利用83份纤维强度差异显著的陆地棉材料，采用广义线性模型（General linear model, GLM），对5个环境的纤维强度及最佳线性无偏估计值（Best linear unbiased prediction，BLUP）进行全基因组关联分析（Genome-wide association study，GWAS）。结果表明，各环境纤维强度基本符合正态分布，且存在丰富的变异，变异系数为5.55%～8.44%，广义遗传力达到88.67%。GWAS共检测到19个稳定的显著关联SNP位点，分布在A01、A06、D05、D08、D10、D11和D13等7条染色体上，合并为9个数量性状位点（Quantitative trait locus， QTL）区间，其中4个QTL区间与前人定位的QTL区间重叠，其它5个QTL区间是本研究新发现的控制纤维强度性状的稳定位点。根据区间内基因的表达模式及功能注释，共筛选出4个可能与纤维强度相关的候选基因。本研究通过对棉花纤维强度进行全基因组关联分析，为棉花纤维品质性状的分子遗传改良奠定了基础。     

玉米自交系耐荫性鉴定与评价

以41个玉米自交系为材料,采用大田试验方法,在植株形态建成期设置15%遮荫和不遮荫两种处理方式,研究不同处理下玉米自交系植株形态、物质生产、产量等11个指标以及各指标耐荫系数的变化,并对自交系的耐荫性进行评价。结果表明,遮荫不仅会增加玉米自交系的株高和穗位高,延缓生育进程,而且会降低植株叶面积指数及叶绿素含量,最终影响玉米物质积累及产量的提升。进一步对各指标的耐荫性进行数学统计分析,表明茎干物质、叶面积指数和产量的耐荫系数可作为评价玉米自交系耐荫性指标。筛选出M173、豫82、DH382、618B、P6874、昌7-2、8612A、M753、ZY608、豫1122、PH6WC和M109高度耐荫型玉米自交系;ZY602、ZY606、658、HT60、ZY601、C70、外引-2、四-144、KW7M14、NS501和PH4CV是弱光敏感型玉米自交系。     

棉花油分合成相关基因的SSCP标记开发

本研究根据棉花油份合成相关基因(lysophosphatidic acid acyltransferase,LPAAT; diacylglycerol acyltransferase,DGAT; phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)设计了75对引物,在8个棉花品种中运用SSCP技术...     

利用基因芯片分析比较Giza75和SG747纤维发育差异表达基因

【目的】 利用适应性广、产量高的陆地棉和纤维品质优异的海岛棉进行高通量基因芯片比较分析,筛选和鉴定棉纤维发育相关的关键基因。【方法】 以SG747(Gossypium hirsutum L.)和Giza75(Gossypium barbadense L.)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 d(10 days after anthesis, 10 DPA)的棉纤维进行表达谱分析。【结果】 材料Giza75和SG747共筛选到3 905个差异表达基因,其中功能预测基因占比17.80%,翻译、核糖体结构相关基因占比16.82%,翻译后修饰占比14.32%。Gra.2198.1.A1_at正向调控棉纤维发育过程,Gra.85.1.S1_at、Ghi.249.1.A1_at和Ghi.8448.1.S1_x_at负向调控棉纤维发育过程,可能参与了棉纤维发育过程。【结论】 利用陆地棉和海岛棉基因芯片并结合qRT-PCR筛选和鉴定到4个纤维发育相关的关键候选基因。     

棉花纤维发育早期RNA-Seq转录组分析

 为了揭示棉花纤维发育早期基因表达变化情况,本研究以纤维长度存在显著差异的两个陆海回交近交系NMGA-062（32.58 mm）和NMGA-105（27.06 mm）为材料,利用Illumina HiSeq^TM 2000对0、3 DPA（Days post anthesis）的胚珠及10 DPA的纤维进行RNA-Seq测序。六个文库进行拼接,共得到长度大于200 bp的Unigene 98464个,总长度约为88.2 Mb。对10 DPA的纤维转录组数据进行差异表达分析,共筛选到1931个差异表达基因,1536个Unigene上调,395个Unigene下调。GO（Gene ontology）功能显著性富集和Pathway显著性富集分析发现,差异表达基因富集在脂质转移活性（Lipid transport activity）分子功能组和脂质代谢通路（Lipid metabolism pathway）,由此推测脂类相关基因可能在纤维伸长发育过程中起重要作用。通过对棉纤维发育10 DPA基因转录水平差异比较分析,为深入开展纤维伸长相关功能基因的克隆和功能验证提供了丰富的资源,并为揭示棉花纤维伸长的机制打下了坚实的基础。     

利用基因芯片技术筛选棉花产量性状相关的基因

根据皮棉产量数据的重复性测验及显著性分析,从SG747(Gossyp ium hirsutum L.)和Giza75(Gossypium Barbadense L.)的回交自交系群体中选取高产组和低产组品系各3个材料,取这2组材料和其父母本开花后10d的纤维进行芯片分析.比较芯片数据,获得了1508个差异表达基因.对这些差异表达基因进行聚类分析,结果显示高产组品系和低产组品系分别聚类在一起,符合基于田间数据分组的预期结果.利用Blast2GO软件对1508个差异表达基因进行Blast-Mapping-Annotation-KEGG分析,结果表明参与细胞质膜发育、过氧化物酶活性、抗逆和营养物质运输等生物学过程的基因最多.进一步利用RT-PCR分析,得到一系列与纤维品质和产量等性状密切相关的基因.研究结果为棉花高产基因工程和分子育种提供了丰富的基因资源.     

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。     

基于PCR-SSR的棉花外源染色体片段快速检测方法的建立与应用

外源染色体片段或基因的准确鉴定对作物遗传改良具有重要的作用。尽管分子标记已被广泛应用到外源染色体片段或基因的检测上,但是对于大群体中少数几个阳性植株的鉴定,逐个检测的效率极低。本研究以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)新陆早48号与海岛棉(G.barbadense)染色体片段置换系CSSL-122的BC2F1群体147单株DNA样本为材料,通过构建二维矩阵排列DNA样本材料,分别对待测样本按行、列进行混合,获得m个行的混合样本和n个列的混合样本;以m=n=8矩阵为例,对待检m×n=64个样本行列混合获得16个混合样本并进行检测,根据检测结果在矩阵中推断确定含有外源染色体片段的阳性样本。结果表明,利用基于PCR-SSR技术构建矩阵混合池的检测方法,可以快速检测陆地棉背景中外源海岛棉染色体片段,逐个样本检测验证了其方法的准确性;统计学分析表明,阳性样本出现频率低于7.81%时,检测样本的节本率可保持在50%以上。基于PCR-SSR技术构建矩阵混合池检测方法的建立,为棉花外源染色体片段快速高效鉴定提供了新方法。     

利用高通量测序技术鉴定棉纤维发育相关miRNAs及其靶基因

miRNA (microRNA)是一类21～24个核酸长度的非编码小分子RNA(sRNA),它主要通过抑制或降解靶基因来调控植物生长发育等过程.试验利用在纤维长度上有显著差异的2个回交自交系BILs (Backcross inbred lines)的0DPA (Days post anthesis)、3 DPA的胚珠和10 DPA的纤维构建6个sRNA文库并进行Solexa 测序.以已公布的棉花D5基因组序列和棉属其他序列为参考,经分析共发现561个miRNAs,其中包括254个已知的miRNAs(属于40个miRNA家族),75个候选的miRNAs和232个新的miRNAs,研究结果极大地丰富了棉属miRNAs.通过miRNA靶基因预测分析发现多数miRNAs负调控其对应的靶基因,少数正调控.KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)注释结果表明miRNA的靶基因在植物激素代谢途径中显著富集.     

施氮对不同氮效率类型玉米自交系产量、干物质及氮素积累的影响

以前期筛选出的低氮高效型玉米自交系(PH6WC)和低氮低效型玉米自交系(ZY118)为试验材料,设置N0(0 kg/hm²)、N90(90 kg/hm²)、N180(180 kg/hm²)和N360(360 kg/hm²)4个氮处理,研究不同氮效率类型玉米自交系产量、干物质积累、氮素积累及氮素代谢相关酶活性对氮浓度的响应规律。结果表明,玉米自交系的群体产量、干物质积累、氮素积累随施氮水平的增加,呈先升高后降低的趋势,且高效型玉米自交系群体产量、干物质积累、氮素积累和氮素代谢相关酶(硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶及谷氨酸合成酶)活性及氮肥利用效率均显著高于低效型自交系,以产量为例,高效型自交系比低效型自交系从N0到N360分别高51.99%、46.27%、32.43%和19.86%;而干物质转运量及其对籽粒的贡献率和氮素转运量显著低于低效型自交系。相关分析结果表明,干物质、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性与产量、氮素积累量及氮肥利用效率呈极显著正相关,可作为玉米氮高效自交系的筛选指标。因此,高效型玉米自交系(PH6WC)在不同氮处理下具有较高的产量、干物质积累、氮素积累及氮素代谢相关酶活性,可以在低氮水平下达到稳产高产。