陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析

【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。     

陆地棉微管结合蛋白CLASP家族基因的鉴定及表达分析

CLASP蛋白(CLIP-associated protein,CLASP)是一种调节微管结构与功能的微管结合蛋白,在植物生长发育及形态建成过程中起着至关重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,在陆地棉基因组数据库中鉴定出6个编码CLASP蛋白的基因。多重序列比对及系统进化树分析表明,陆地棉CLASPs可分为2个亚家族(I和II),亚家族I含有HEAT重复结构域和典型的CLASP-N端结构域,亚家族II只含有CLASP-N端结构域。实时荧光定量PCR结果表明,6个CLASPs基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中CotAD_63740(Gen Bank登录号为KX881965)和CotAD_04861(Gen Bank登录号为KX881961)在纤维中优势表达,CotAD_48232(Gen Bank登录号为KX881962)、CotAD_48665(Gen Bank登录号为KX881963)、CotAD_55570(Gen Bank登录号为KX881964)和CotAD_68468(Gen Bank登录号为KX881966)在茎中优势表达,表达模式的不同表明CLASPs在棉花不同组织中功能不同。本研究为深入研究棉花CLASPs的功能奠定了基础。     

陆地棉GhERF8基因的克隆与表达分析

 乙烯响应元件结合因子（Ethylene-responsive element-binding factor,ERF）是植物中最大的转录因子家族之一。本研究以棉花叶片cDNA文库为基础,从陆地棉中棉所10号中克隆得到一个新的ERF基因,命名为GhERF8（GenBank：JN656957）。该基因编码265个氨基酸,蛋白序列中包含一个AP2保守结构域。采用荧光定量PCR（RT-PCR）的方法,对GhERF8基因在棉株不同生育时期叶片和不同组织中的表达水平进行了定量分析。结果表明,GhERF8基因在各组织中均有表达,但在成熟后期的叶片中表达量最高。GhERF8表达量与叶片衰老过程中叶绿素含量出现相反的变化趋势,推测GhERF8可能与叶片衰老有一定关系。在乙烯利和茉莉酸处理下GhERF8基因在叶片中上调表达,而在脱落酸处理下GhERF8表达量无显著变化,推测GhERF8可能处于乙烯和茉莉酸信号转导网络中,且表达途径为非ABA依赖途径。     

Induction of Embryogenic Callus in Gossypium barbadense L. and Gossypium hirsutum L. by Hormone Treatments

The aim of this study was to induce embryogenic callus from various cultivars of cotton in tissue culture, so that a stable and efficient regeneration system could be developed to produce new cotton varieties for cultivation in Xinjiang. The explant materials were hypocotyls of the main cotton cultivars grown in Xinjiang, i. e. Xinhai 25, Xinhai 16, Xinluzao 39, and Xinluzao 42. We tested the effects of different combinations of two hormones (kinetin, KT; 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, 2,4-D) on induction of callus from these explants. Calli were produced by the explants under four different combinations of hormones in the media. The optimal hormone combination to induce callus from Gossypium hirsutum explants was 0.1 mg·L^-1 KT + 0.05 mg·L^-1 2,4-D, while that to induce callus from Gossypium barbadense explants was 0.1 mg·L^-1 KT + 0.1 mg·L^-1 2,4-D. Hormone-free medium and medium containing double to the normal concentration of KNO₃ promoted the emergence of embryogenic callus. Filter paper placed under the medium promoted somatic embryo growth and regeneration of the root system. The differentiation and embryogenesis processes occurred more rapidly in G. hirsutum explants than those in G. barbadense explants. Using this protocol, normal plantlets of these cotton cultivars with strong roots were produced within 10 to 12 months. These methods could be used to increase the number of cotton genotypes that can be regenerated in tissue culture.     

陆地棉NF-YB基因家族的全基因组分析

为了进一步了解NF-YB基因家族结构的功能,利用生物信息学手段,系统研究了陆地棉标准系TM-1基因组中NF-YB基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明:TM-1基因组中共有41个NF-YB基因家族成员,它们含有相同的CBFD_NFYB_HMF结构域,大部分定位到细胞核内;41个NF-YB基因家族成员分布在19条染色体上,其中有19组成员在A亚组和D亚组中表现为直系同源基因;进化树分为Ⅰ和Ⅱ2个小组,每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序;组织表达分析则发现,在这41个NF-YB基因家族成员中,至少有24个成员可以进行表达,且表现出一定的组织特异性。     

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。     

陆海BC4F3和BC4F4代主要农艺性状的相关和通径分析

为了更有效地对棉花农艺性状进行选择,缩短选择育种的年限,通过采用相关、偏相关、通径以及回归分析的方法,研究了陆海高代回交自交后代BC4F3和BC4F4群体的6个农艺性状间的关系。结果表明：铃重、衣分、铃数、果枝数、株高与单株皮棉产量呈极显著正相关,其中铃数是决定单株皮棉产量最主要的因素,在BC4F3和BC4F4代对单株皮棉产量的直接通径系数分别为0.6650、0.6689,其次是铃重和衣分,两者的贡献大小相当;果枝数和株高可以通过铃数对单株皮棉产量起较大的正向促进作用;最优回归方程显示,铃重、衣分、铃数和株高对单株皮棉产量有显著的正向影响。本研究明确了棉花产量育种的主攻方向,为提高棉花选择育种效率和实现高产提供理论指导。     

3个陆地棉球蛋白基因启动子的克隆与功能初步分析

为克隆陆地棉来源的种子特异性启动子,根据雷蒙德氏棉测序结果,设计针对GhαGLOA、GhβGLOA和GhβGLOB基因编码区上游约1.5 kb序列的引物,分别以陆地棉总DNA为模板克隆了3条序列。构建了含有编码区上游序列驱动GUS的表达载体,经农杆菌介导转化野生型拟南芥。转基因拟南芥种子的GUS活性荧光检测结果表明,所克隆序列具有启动子功能,其中GhαGLOA启动子的转录活性极显著高于其他2个启动子。在转基因拟南芥成体植株的多个器官中,仅可检出痕量的GUS活性,认为所克隆启动子为种子特异性启动子。     

棉花微管结合蛋白基因GhMAP1-LC3的克隆与表达分析

应用RT-PCR从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)石远321开花当天胚珠中分离到一个553 bp的片段,含有一个360 bp的开放读码框,推导的氨基酸序列（119个氨基酸）与水稻、拟南芥的MAP1-LC3 (Microtubule-associated Protein 1-Light Chain3)分别具有94%与90%的同源性,由此推测该基因为编码棉花微管结合蛋白基因家族的一     

棉花转录因子GhWRKY4基因的克隆及特征分析

 本研究从陆地棉中克隆得到GhWRKY4基因,全长cDNA是1281 bp,包含1083 bp的开放阅读框,编码的360个氨基酸属于IIcWRKY转录因子家族。分析GhWRKY4基因结构表明其有三个外显子和两个内含子。GhWRKY4蛋白的亚细胞定位实验表明其定位在洋葱表皮细胞核。实时荧光定量分析结果显示GhWRKY4在棉花的根、茎、叶和花中均有表达。染色体步移得到了GhWRKY4的5’端侧翼序列,生物信息学软件预测表明GhWRKY4包含一系列和胁迫基因调控相关的反式作用元件,表明GhWRKY4参与植物对盐害和冷害胁迫的反应。     

陆地棉抗坏血酸过氧化物酶基因家族全基因组生物信息学分析

【目的】抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)是过氧化物酶家族中的1类成员,可以清除活性氧。APX家族的生物信息学分析有助于更好地了解该家族基因。【方法】利用生物信息学方法,从中国农业科学院棉花研究所提供的陆地棉序列中鉴定出14条APX基因家族序列,并对这14个成员的染色体定位、亚细胞定位、进化关系、理化性质、信号肽、保守基序以及其编码蛋白的结构特征进行了预测分析,并初步分析了部分基因的表达。【结果】APX基因分布广泛,分散在不同的染色体上;且大部分APX蛋白定位在细胞质,是亲水性脂溶蛋白;有3个保守基序,保守性较强;基因起源和进化比较复杂;二级结构的主要元件为α-螺旋和无规则卷曲。根据表达分析推测,第1亚组和第2亚组的基因在棉纤维发育的不同时期起作用。【结论】这些结果有望为APX家族成员的结构与功能挖掘提供参考。     

Genome-Wide Selection of MAPKKK Gene Family in Gossypium raimondii and the Expression of Orthologs in Gossypium hirsutum

[Objective] The MAPKKK gene family plays an important regulating role in response to multiple abiotic stresses and the development of plant. This study aims to identify MAPKKK genes of Gossypium raimondii and analyze their functions. [Method] In this study, based on G. raimondii genome database and bioinformatics method, G. raimondii MAPKKK family genes were identified and analyzed. Using the MEGA5, GSDS and Mapchart program, the phylogenetic tree, gene structure and chromosomes location analyses were accomplished. Based on the existing microarray data in cotton and comparative profiles of these MAPKKK genes, different expression of them in multiple abiotic stresses and the expression at different cotton fiber developmental stages were analyzed. [Result] A sum of 114 MAPKKK genes were identified systematically in G. raimondii and classified into 3 subfamilies (Raf, ZIK and MEKK) according to the gene stucture and phylogenetic tree analyses. They were distributed on all the 13 chromosomes of G. raimondii, and segmental duplication and tandem duplication events may have occurred. Compared with the recently released 78 genes of G. raimondii MAPKKK family genes, 47 sequences are exactly the same ones. [Conclusion] The results are helpful to understand the evolution and function of MAPKKK gene family. Our results provide a foundation for future functional characterizations of MAPKKK genes in cotton and probably other Gossypium plants.     

陆地棉脱外壁花粉粒的制备和花粉粒核DNA检测

 以陆地棉品种苏棉22号的花粉为材料,研究棉花花粉粒脱外壁和检测花粉粒内部核DNA状态的方法。花粉粒经4%多聚甲醛固定后,通过10%次氯酸钠水溶液氧化、55℃热激30 min、压片等系列程序可将花粉粒的外壁完全脱去,分离出完整的脱外壁花粉粒。用DNA荧光染料DAPI分别对陆地棉花粉粒和脱外壁花粉粒进行染色,在荧光显微镜和激光扫描共聚焦显微镜下观察花粉粒的内部核结构。没有脱外壁的花粉粒的内部核结构难以被观察到,而脱外壁花粉粒的核DNA结构清晰可见,内壁几乎无荧光。首次发现陆地棉的成熟花粉粒为三核花粉粒。     

三个陆地棉水孔蛋白基因的克隆与表达分析

从陆地棉SSH-cDNA文库的测序结果中得到一条具有完整ORF的陆地棉水孔蛋白基因序列,将其命名为GhAQP2。以该基因编码的氨基酸序列为探针,在棉花EST数据库经同源搜索得到2个相似性较高的EST,利用RACE技术获得其全长cDNA序列,将其基因命名为GhAQP3和GhAQP4。基因结构分析发现GhAQP2和GhAQP3各有4个外显子,3个内含子;GhAQP4有3个外显子,2个内含子。生物信息分析表明3个基因编码蛋白均含有6个跨膜区,2个NPA结构域,其氨基酸序列具备MIP超家族典型的蛋白保守区序列特征。多序列比对发现3个基因的氨基酸序列与其他物种PIP2类水孔蛋白氨基酸序列具有很高的同源性。qRT-PCR分析表明,GhAQP2在纤维伸长后期优势表达,GhAQP3在下胚轴和子叶中高表达,GhAQP4在纤维伸长前期优势表达,推测3个基因在不同的组织中发挥作用。GhAQP2在20DPA优势表达,为研究该基因在纤维伸长向次生壁加厚期转化过程中的表达调控提供了重要信息。     

陆地棉MADS-box基因GhMADS13的功能分析

为了研究GhMADS13的功能,利用NCBI上提交的序列设计引物进行PCR扩增,扩增序列与提交序列的ORF (Open reading frame)的一致性为100％.qRT-PCR结果表明:棉花的各个组织中,GhMADS13在花中的表达量最高,是表达量低的根的几百倍;花器官中GhMADS13在萼片、花瓣、雄蕊、心皮和胚珠中都有表达,表达量虽有差异,但差异不大,其在胚珠中的表达量最高.将GhMADS13插入到pBI121载体上,构建了植物超表达载体.通过浸花法转化拟南芥,获得了2个转基因株系,分子检测和表型数据统计的结果表明GhMADS13的转录水平越高植株越矮小,角果的长度越短,种子的数目越少.根据GhMA DS13的qRT-PCR结果和异位表达分析,推测GhMADS13主要抑制胚珠的发育.     

Genetic analysis of earliness in upland cotton ( Gossypium hirsutum L.). II. Yield and lint percentage

Inheritance and interrelationships of seed cotton and lint yields were evaluated in a diallel analysis involving seven early maturing parents of different origin and a commercial variety. Lint yield showed relatively little additive variance and low heritability, whereas lint percentage showed the opposite. Highest yields were shown by the least determinate and slowest-maturing genotypes; yields generally decreased as determinacy increased and rate of maturity accelerated. Except for date for first open boll, components of earliness showed no associated with yield.     

陆地棉体细胞胚的白化与植株再生的关系

通过对棉花体细胞胚胎发育过程的观察发现，其发育的四个时期即球形期，心形期，鱼雷期和子叶期均有白化现象。成熟期的白色叶胚比绿色子叶胚在成苗培养基上生长快，且形成再生植株的频率高。     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

陆地棉耐盐相关基因GhSAMS的克隆及表达

为了挖掘棉花耐盐相关基因,我们根据陆地棉耐盐性抑制消减文库中的一个S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的同源EST设计引物,利用RACE结合RT-PCR技术克隆陆地棉S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的cDNA全长,命名为GhSAMS。该cDNA全长1 576 bp,ORF为1 182 bp,编码393个氨基酸的多肽。生物信息学分析表明GhSAMS蛋白与拟南芥、盐地碱蓬、水稻中该蛋白的相似性分别为91%、93%和93%。系统发育树结果显示GhSAMS与盐地碱蓬中该蛋白的亲缘关系最近。Real-time PCR分析结果表明,GhSAMS的表达受盐胁迫诱导,在盐敏感材料中诱导被推迟,而且,该基因表达水平在耐盐材料中9835中明显高于在盐敏感材料中S9612中。我们构建了原核表达载体pET28-GhSAMS,经IPTG诱导,实现了GhSAMS在大肠杆菌中的表达,为进一步开展GhSAMS的遗传转化工作奠定了有益基础。     

陆地棉REM基因家族全基因组鉴定及表达分析

[目的]REM(Reproductive meristem)基因家族编码一类转录因子在植物生长发育过程中发挥重要作用,但在棉花中未见报道.[方法]基于陆地棉基因组数据和公共数据库中的转录组数据,运用生物信息学方法对陆地棉REM基因家族成员进行系统鉴定,并对该基因家族的理化性质、基因结构、组织表达特异性以及胁迫条件下的表...