利用转角蛋白基因改良棉纤维品质的研究

通过花粉管通道法,将兔毛角蛋白基因导入到SGK321双价抗虫棉中进行纤维品质的改良,对转化后代进行GUS基因及PCR检测,并经过3a的南繁北育,确定有3个阳性株系的棉纤维品质得到改良,长度当年较对照增加3.3mm,虽然年度间有一定的波动性,但后代继续保持长纤维特性,比强度当年增高的最多达6.0cN/tex,在后代的选择中,增高幅度在下降,到第三年的6世代,只比对照SGK321高2.1cN/tex。     

我国面向21世纪棉花纤维品质改良对策

棉花纤维品质与纺织品质量、市场竞争力和植棉业的发展密切相关。经过近２０ 年的改良, 我国２８～２９ｍ ｍ 长度的棉花品种综合纤维品质指标与国外相差不大, 但品种的纤维长度类型单一。随着纺织业设备更新和技术改造, 需要通过培育不同档次纤维的棉花品种、提高早熟性和抗病虫性多种途径进行改良, 也需要栽培技术的改进。纤维内在品质在流通领域的价值急需考虑。     

转兔角蛋白基因改良棉纤维品质研究

通过花粉管通道转基因技术,将E6启动子驱动的兔角蛋白基因导入高产棉花品种苏棉16号。所用转基因表达载体还含有选择标记基因NPTⅡ(卡那霉素抗性基因)及Gus报告基因。对转化体后代的检测结果表明,T1代有2.1%呈现Gus阳性,在Gus阳性株中84.6%具有卡那霉素抗性。用依据E6启动子序列和兔角蛋白基因序列设计的两对引物,对经过上述筛选的植株进行PCR检测,多次重复,最终确定3株结果稳定的转兔角蛋白基因棉株。从品质分析结果看,这3个株系成熟棉纤维的品质部分得到改良,尤其比强度有较大幅度提高,与转基因受体相比平均提高6.3cN·tex 1。     

外源纤维素合酶基因对棉纤维品质的改良作用

 为改良棉花纤维品质,将由35S启动子驱动的木醋杆菌纤维素合酶基因acsA和acsB,用子房注射法和花粉粒媒介法转化棕色棉G007和白色棉X003,并检测后代棉纤维品质。研究结果表明,子房注射法的基因转化效率高于花粉粒媒介法。通过PCR和southern blot检测,最终获得转基因植株共11株。根据农艺性状表现,选出4个优良单株。对转基因当代及后代的检测结果表明,棕色棉纤维长度、比强度、纤维素含量和衣分都显著增加,而白色棉只有纤维比强度和纤维素含量显著增加。纤维长度和衣分没有变化。导入由35S启动子驱动的木醋杆菌纤维素合酶基因acsA和acsB,提高了转基因后代的棉纤维品质。     

棉纤维品质指标形成的动态模拟

棉纤维品质形成的准确模拟对构建棉花生长模拟系统及优质高产管理决策具有重要意义。本文以棉铃发育的生理生态过程为基础，采用生理发育时间作为定量发育进程的尺度，通过量化品种效应及水分、日均温和日温差等生态因子对棉纤维品质指标形成的影响，构建了预测棉纤维伸长、比强度增加和纤维素积累的模拟模型。利用不同生态点不同日均温和日温差条件以及不同水分处理的试验资料对模型进行了检验。结果显示，纤维长度、纤维比强度、纤维素含量模拟值与观测值之间的根均方差（RMSE）分别为1.15 mm，1.03 cN·tex^-1和4.37%，表明模型具有较好的预测性和适用性。     

气象因子对棉纤维品质影响的研究进展

系统地分析了国内外在气象因子对棉纤维品质影响方面研究所取得的进展,初步分析了应当深入研究的几个问题。     

棉纤维超分子结构及与纤维品质的关系

在纤维发育过程中,结晶度和横向晶粒尺寸变化较为明显,随着纤维的发育,晶粒尺寸逐渐增大,结晶度不断提高。不同基因型间,正常成熟纤维的结晶度和横向晶粒尺寸差异很小,与纤维强度相关不显著;而取向参数差异较大,与比强度相关显著。不同开花期棉铃发育的环境温度不同,其纤维结晶度、横向晶粒尺寸和取向参数也不一样。不同的温度条件对α角影响较大,但对φ角和ψ角逐渐降低的变化趋势没有影响。棉纤维超分子结构与纤维品质指标关系密切。正在发育中的纤维细胞结晶度和横向晶粒尺寸均随着纤维细胞的发育逐渐增大,对纤维比强度影响较显著。而成熟纤维,因纤维素沉积已经结束,结晶度和横向晶粒尺寸比较接近,对纤维强度影响较小;取向参数对纤维强力的影响较大,分散角、螺旋角越小,取向度越高,所形成的纤维强度就越高,纤维品质好。今后在育种工作中应结合纤维超分子结构培育高品质棉花品种,有利于提高纤维品质。     

棉纤维主要品质性状的气象生态模型研究

 通过分析1994—1995年在陕西杨陵和山东的鄄城、泰安、东营以及2001—2002年在长江流域棉花品种试验区域进行的试验资料,在不考虑土壤、栽培调控等因素的前提下,确定棉花铃期日均最低温、日均最高温和相对湿度、夜均温和日均降水量分别是影响棉纤维长度、比强度、麦克隆值的关键气象因子,并建立了基于铃期关键气象因子对棉纤维长度、比强度和麦克隆值的气象生态模型。上述模型既强调了遗传性对棉纤维品质性状的决定作用,也体现了气象生态因子的作用。棉纤维长度、比强度和麦克隆值气象生态模型RMSE分别为0.985 mm、1.003 cN·tex^-1和0.233,模拟值与观测值1：1直方图吻合度好,模型具有较好的预\{测性。     

温度对棉纤维品质性状的影响

随温度降低纤维伸长最大值降低,伸长期延长;夜间温度对纤维伸长的影响大于日均温。纤维断裂比强度随铃龄增大而升高;相同铃龄随温度下降断裂比强度降低。随纤维发育,纤维成熟度升高;随温度降低,成熟度随铃龄增大增幅降低,相同铃龄随温度下降成熟度值呈下降趋势。细度随纤维发育逐渐减小,全铃期夜均温１６．７℃和≥１５℃有效积温１１４２．９℃是细度变化临界点,低于该温度时细度随纤维发育降低缓慢;相同铃龄随温度下降呈升高趋势。     

Inheritance of fiber quality and lint yield in a chemically mutated population of cotton

The narrow germplasm base of the upland cotton (Gossypium hirsutum L.), grown on the Texas high plains historically, has limited improvement of fiber quality. Chemical mutagenesis and subsequent selection have helped the development of lines with improved fiber quality in cultivars adapted to this region. This study was conducted to determine the inheritance of improvements in fiber quality. M₃ lines with divergent fiber properties of micronaire, length, and strength were selected from a population of Paymaster HS 200 treated with 3% v/v ethyl methanesulfonate (EMS) for two hours. The 115 selected lines of M₄ and M₅ generation were evaluated for fiber quality and lint yield. Regression of the M₄ and M₅ on the M₃ generation, as well as the M₅ on the M₄ was used to generate narrow sense heritability coefficients. Significant variations were observed between the mutant lines in all generations except for lint yield in the M₅ (1997). The highest heritability estimates were found in fiber length (h ²= 0.29** to 0.46**). Micronaire and strength showed intermediate heritability estimates of h ²= 0.14 to 0.19, while lint yield had a very low heritability estimate of h ²= 0.03. Fiber length and strength were correlated (r= 0.58** to 0.46**) in all the three generations. The mutants identified in these studies have the potential to improve fiber quality of upland cotton without introducing alien genes that may reduce adaptation to short growing season production regions.     

基于两个陆地棉低世代群体定位纤维品质相关QTL

【目的】定位棉花纤维品质性状相关的数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL)。【方法】以陆地棉高强纤维品系中棉所679和纤维品质一般的农垦5号为亲本构建包含200个单株的F2群体及对应的F2:3家系群体,对2个群体的纤维长度、断裂比强度等5个纤维品质性状进行检测。用6 688对简单重复序列(Simple sequence repeat, SSR)引物在双亲间筛选,得到149对多态性引物,以F2为作图群体,使用QTL IciMapping软件进行连锁图谱构建,并对F2及F2:3群体进行QTL定位。【结果】根据F2群体基因型信息构建了1张包含119个标记、28个连锁群、总长为1 173.5 cM(centiMorgan)的遗传连锁图谱。分别在F_2、F2:3群体中检测到9个和11个与纤维品质性状相关的QTLs,这些QTLs分布在11个连锁群上。其中F2群体的qFL-D11-1、q BT-D11-1与F2:3群体的qFL-D11-1、q MIC-D11-1均定位在标记DPL0062与HAU0423之间,推测这些位点可能是控制纤维品质性状的重要QTL。【结论】利用多个群体进行QTL定位有益于发现稳定的QTL位点,控制纤维品质性状的基因可能成簇存在,为挖掘纤维品质性状相关基因及分子标记辅助育种奠定基础。     

Assessment of genotype × environment interactions for yield and fiber quality in cotton performance trials

Plant breeding programs involving a wide range of crop plants routinely practice selection (directly or indirectly) for genotypes that display stability for a given trait or set of traits across testing environments through the genotype evaluation process. Genotype stability for trait performance is a direct measure of the presence and effect of genotype × environment interactions, which result from the differential performance of a genotype or cultivar across environments. The genotype evaluation process also requires selection of the proper field trial locations that best represent the target environments the breeding program is directed toward. In this study, we assessed the extent to which genotype × environment interactions affected agronomic performance (lint yield, gin turnout) and fiber quality (fiber length, fiber strength, uniformity index, micronaire, fiber elongation) in a series of cotton (Gossypium hirsutum) performance trials in 12 location–year environments in South Carolina. Genotype × environment interactions affecting lint yield were larger in higher yielding environments, while interactions for fiber strength were greater for genotypes with lower mean fiber strength values. Two regions within the South Carolina cotton production areas were identified as proper testing locations for lint yield performance, while testing for fiber strength can be accomplished in any location within the statewide cotton production areas. The U.S. Government's right to retain a non-exclusive, royalty-free license in and to any copyright is acknowledged.     

Molecular mapping and characterization of traits controlling fiber quality in cotton

Cotton (Gossypium spp) is the world's leading natural fiber crop. Genetic manipulation continues to play a key role in the improvement of fiber quality properties. By use of DNA-based molecular markers and a polymorphic mapping population derived from an inter specific cross between TM-1 (G. hirsutum) and 3-79 (G. barbadense), thirteen quantitative trait loci (QTLs) controlling fiber quality properties were identified in 3-79, an extra long staple (ELS) cotton. Four QTLs influenced bundle fiber strength, three influenced fiber length, and six influenced fiber fineness. These QTLs were located on different chromosomes or linkage groups and collectively explained 30% to 60%of the total phenotypic variance for each fiber quality property in the F₂ population. The effects and modes of action for the individual QTLs were characterized with 3-79 alleles in TM-1 genetic background. The results indicated more recessive than dominant, with much less additive effect in the gene mode. Transgressive segregation was observed for fiber fineness that could be beneficial to improvement of this trait. Molecular markers linked to fiber quality QTLs would be most effective in marker-assisted selection (MAS) of these recessive alleles in cotton breeding programs. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

世界棉花分子生物学研究进展

扼要综述了棉花分子生物学在以下几个方面的进展：１、Ｌｅａ基因家族结构与功能研究;２、棉花纤维发育基因的研究;３、四倍体栽培棉种的Ａ／Ｄ染色体组来源;４、四倍体棉花基因组物理图谱的构建;５、基因的克隆与序列分析。     

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。     

Cotton Molecular Improvement in China

Cotton production plays a very important and irreplaceable role in the national economy of China,which has over 10% output value of cotton industry worldwide,with only 3% of total crop plant area.     

棉花脱叶催熟剂对纤维品质的影响及应用时间的确定

棉花脱叶催熟技术是实现棉花机械采收的重要前提,确定脱叶催熟剂喷施时期及标准对实现良好的脱叶和催熟效果至关重要。本研究采用分期喷施脱叶催熟剂的方式,探讨了脱叶催熟剂对纤维品质的损伤程度,及与棉铃铃期之间的定量关系。结果表明,脱叶催熟剂对纤维长度的影响在品种间存在差异, 46%～69%的供试品种纤维长度较对照下降或持平,另有31%～54%的品种纤维长度反而较对照增加,所有品种纤维长度较对照平均仅降低0.2%～1.2%。纤维比强度受脱叶催熟剂的影响较为明显,其损伤量(处理与对照的差值)集中分布在-4～0 cN tex^-1之间。脱叶催熟剂对纤维比强度的损伤程度与喷施时间有关,铃龄30 d时喷施损伤大,铃龄37 d时喷施损伤减小,且有61%供试品种的比强度较对照平均增加了1.1cN/tex。脱叶催熟剂对纤维比强度的损伤量随棉铃铃期延长而加剧,因此可根据"脱叶催熟剂喷施时棉铃的铃龄与铃期的比值(Rd/b)"这一指标确定脱叶催熟剂的喷施时间。此外,棉铃铃期与棉铃体积、棉铃体积与纤维比强度均呈显著正相关关系。如要生产比强度>31 cN tex-1的棉花纤维,所选品种的棉铃体...     

基因工程改良棉纤维研究进展

棉纤维是由胚珠表皮细胞经过分化、伸长、次生壁加厚等一系列过程发育形成的 ,其发育过程受基因表达控制。随着棉纤维发育分子生物学研究的深入 ,人们认识到通过遗传工程途径修饰棉纤维发育进程、改良纤维品质的可能性愈来愈大。现就近几年来基因工程改良棉纤维品质方面的研究进展作一简要介绍。     

陆地棉纤维品质遗传基础的分子标记剖析

利用冀棉5号和Acala3080两个陆地棉品种杂交产生分离群体,以SSR、RAPD和SRAP三种方法进行纤维品质性状的分子标记分析。结果从1120对(条)引物中仅筛选到46对(条)多态性引物,获得54个多态性位点并进行标记间的连锁性分析。分别以F2和F3的纤维品质性状进行单标记分析,检测出与纤维长度相关的显著标记5个,与纤维整齐度相关的显著标记1个,与纤维比强度相关的显著标记3个,与纤维伸长率相关的显著标记6个,与纤维麦克隆值相关的显著标记4个。其中同时控制长度、伸长率和麦克隆值的标记1个,同时控制长度和比强度的标记1个且在两个世代均被检测到。对纤维比强度和麦克隆值各检测到一对显著互作的标记,分别以显加互作和显显互作为主。