新型陆地棉细胞质雄性不育系花器形态学和细胞学观察

 采用石蜡切片法,对一种来源于陆地棉的新型细胞质雄性不育材料的3份转育材料（G22A,H109A和1793A）的花药发育过程进行了花器形态及细胞学观察。花器形态和细胞学观察结果表明,G22A,H109A和1793A三个不育系均花瓣小,花丝短,柱头明显外露,败育彻底,无花粉。败育时期主要发生在造孢细胞增殖时期至小孢子母细胞减数分裂前,表明这3份不育材料不育性状不受细胞核基因的影响。对不育材料与其保持系细胞学观察发现,不育材料与正常花药发育细胞学形态上主要差别是绒毡层发育。不育系绒毡层的着色不明显,大小与中层细胞相似且在整个花药发育过程中不降解,而保持系绒毡层的着色深,在小孢子发育过程中逐渐降解。因此,根据细胞学研究结果可以说明花药中绒毡层发育异常是该来源于陆地棉的新型细胞质雄性不育材料败育的细胞学基础。     

半野生棉与亚洲棉对草甘膦抗性评价及比较分析

采用叶片棉球定位鉴定法,初步鉴定并评价了半野生棉和亚洲棉对草甘膦的自然抗性,结果表明:参试材料抗性水平从高抗至高感分6级,极端抗性水平相差33.3倍(0.2%对0.006%)。其中,半野生棉对草甘膦的自然抗性分级丰富,抗性水平分布自高抗至高感;但大部分半野生棉不耐草甘膦,近86%(346份)的材料抗性水平处于低耐级别以下。而亚洲棉抗性水平都处于高抗至低耐的4个级别,抗性多样性较差,但整体抗性水平较高,70.3%(71份)表现为耐或以上级别。从半野生棉和亚洲棉中分别筛选到2份和5份高抗材料,半野生棉中有1份高感材料,亚洲棉中无对草甘膦敏感材料。本研究报道的极端材料为棉花草甘膦抗性遗传机制研究、新品种的培育、内源抗性基因的挖掘和感抗机理研究,奠定了良好的材料基础。     

岱字棉来源的陆地棉种质资源的遗传多样性分析

岱字棉曾经作为中国陆地棉种质资源的重要亲本来源之一,促进了中国陆地棉种质资源的创新与发展,为了进一步挖掘具有优良性状的棉花种质资源及为高效利用优异种质提供一定的科学依据.本研究围绕岱字棉来源的147份陆地棉种质资源的纤维品质性状和主要农艺进行各类分析,包括相关性分析、变异分析、主成分分析和聚类分析.结果表明岱字棉来源的...     

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。     

亚洲棉和雷蒙德氏棉MATE基因家族生物信息学及其同源基因在陆地棉中的表达分析

多药和有毒化合物排出(MATE)蛋白家族是1个次级转运蛋白家族。为了更好地了解亚洲棉和雷蒙德氏棉中MATE蛋白的种类和数量,利用2种二倍体棉花基因组的氨基酸和c DNA数据库对MATE基因家族进行筛选,并分析亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组中MATE基因的种类和进化关系。结果显示,在亚洲棉基因组中初步鉴定了34个MATE基因,而在雷蒙德氏棉中筛选出42个MATE基因。基因结构和系统进化的比较分析表明,进化关系近的MATE基因在结构上基本是一致的。同时对陆地棉中克隆的Gh TT12及与其同一族的部分MATE基因进行荧光定量分析,推测其所在同一族的MATE基因功能可能与转运原花青素有关。这些结果为进一步深入分析棉花MATE基因的功能以及在原花青素转运中的作用提供了理论基础。     

一个陆地棉类烯醇酶基因的克隆及其表达分析

 采用改良的CTAB法提取陆地棉总RNA,运用RT-PCR技术首次克隆了陆地棉类烯醇酶基因的CDS序列,该基因已经在GenBank上登录,登录号为 EU169604,其开放阅读框为1338 bp,编码445个氨基酸残基。对其序列和进化分析表明,陆地棉烯醇酶基因与其它植物中的烯醇酶基因有较高的相似性,该基因在进化过程中是相当保守的。半定量RT-PCR表达分析结果显示该基因在陆地棉的叶、根、茎中均有表达,但在根中的表达量高于叶和茎。     

Lowering seed gossypol content in glanded cotton (Gossypium hirsutum L.) lines

Cottonseed is a rich source of high quality protein, but its value as an animal feed is limited by gossypol, a toxic polyphenolic compound contained in glands located throughout the plant. This compound helps protect the plant from pests. Totally glandless varieties have been developed, but not adopted as these plants are left vulnerable to pests. This study describes a breeding strategy to decrease the levels of gossypol in the seed while maintaining a high enough concentration of toxin in vegetative plant parts to offer protection from pests. Preliminary studies indicated that crosses between varieties with different gland densities and distributions produced a range of glanding patterns. By selecting within the resulting progeny, we have identified F₇ generation progeny that have <0.30% total gossypol in the seed, while still possessing glands at critical locations on the vegetative plant parts. These new lines will be a valuable source of germplasm for developing low seed gossypol varieties. Seed from these varieties would provide a new source of inexpensive protein for animal feeding rations.     

陆地棉GRF基因家族的鉴定和生物信息学分析

为了揭示陆地棉生长调控因子(growth-regulating factors, GRF)家族的功能,本研究利用全基因组信息在陆地棉基因组中鉴定了 33个GRF蛋白,并对这些家族成员进行了保守结构域分析、蛋白的基本理化性质分析、进化分析、基因的结构分析、染色体定位、保守基序分析和组织表达模式分析。研究表明,陆地棉GRF均含有QLQ和WRC 2个保守结构域,系统进化分为4个亚家族,基因定位在19条染色体上,基因上有2~19个蛋白编码区域,大多数的基因在柱头、子房和20 d的种子中高量表达。本研究弄清了棉花GRF家族的基本信息,为进一步研究棉花GRF家族成员的功能提供了理论指导。     

Hybridization between diploid (Gossypium arboreum) and tetraploid (Gossypium hirsutum) cotton through ovule culture

Summary With in vitro culture of ovules, interspecific hybrids have been obtained in an otherwise incompatible cross between a diploid (Gossypium arboreum) and a tetraploid (G. hirsutum) cultivated cotton. The early abortion of the embryo was prevented by repeated treatment of the flowers, immediately after pollination with a solution of gibberellic acid and naphthalene acetic acid. The ovules excised three days after pollination and cultured in a liquid medium underwent profuse proliferation, whereas on an agar-solidified medium supplemented with casein hydrolysate, indoleacetic acid and kinetin they germinated to form hybrid plants.     

棉花（Gossypium hirsutum L.）花粉壁的发育

用光镜和透射电镜观察研究了棉花花粉壁的发育过程。棉花花粉壁的发生邕于四分孢子时期，四分体形成后，在小孢子的质膜与胼胝质壁之间逐渐形成多糖性质的原外壁。游离小孢子时期，在一定间隔的原外壁中小孢子质膜表面积累外壁物质并形成基粒棒，之后在基粒棒的下部和上部分别横向延展并接合形成基足层和覆盖层。花粉内壁发生     

陆地棉GhDAHP基因的克隆与表达分析

棉花黄萎病是制约棉花产业健康发展的一种重要病害,在生产上未发现有效的根治办法,使用现代基因工程技术,从基因库中挖掘抗黄萎病相关基因,为棉花抗黄萎病育种工作的提供理论基础。本研究根据在GenBank中检索到抗黄萎病基因SDAHP(GU479467,1,3-脱氧-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合成酶),从陆地棉基因组数据库中检索到3个同源基因(NM_016893351.1,XM_016849738.1和XM_0168151150.1),根据3个同源基因核苷酸序列设计引物,以陆地棉cDNA为模板进行克隆,获得3个目的基因,依次命名为GhDAHP-1、GhDAHP-2和GhDAHP-3。利用ProtParam和Prot Scale等在线软件对目的基因进行生物信息学分析;RT-PCR分析黄萎病菌诱导后目的基因在陆地棉叶片中的表达量。结果表明:GhDAHP-1序列全长1983 bp,氨基酸总数为539,分子质量约59.45378 kD,理论等电点pI为8.7;GhDAHP-2序列全长1832 bp,氨基酸总数516,分子质量约57.02998 kD,理论等电点pI为7.68;GhDAHP-3序列全长1652 bp,氨基酸总数517,分子质量约56.95491 kD,理论等电点pI为8.52。系统进化树分析,GhDAHP与雷蒙德氏棉(Gossypium raimindii)、木本棉(Gossypium arboreum)的亲缘关系最近。棉花叶片在黄萎病菌的处理下,GhDAHP基因表达量呈现先升高后降低的趋势,推测受到黄萎病诱导后,GhDAHP基因可能参与了黄萎病菌侵染的防卫过程。     

Assessment of cytoplasmic effects of cytoplasmic male-sterile lines in upland cotton

Paired A- and B-lines, cytoplasmic male-sterile (CMS)-lines and main-tainer lines, respectively, were crossed with R-lines (restorer) to produce A × R, R × B and B × R hybrids, which were used in 1993 and 1996 to predict the performance of three lypes of CMS cotton lines available in China. A significant difference in yield and yield components was revealed between paired A × R and B × R hybrids. This difference was greatly influenced by both CMS cytoplasm and the interaction between cytoplasm and nuclear genotypes. It is suggested that there are detrimental effects of CMS cytoplasm on yield and yield components. General combining ability of near-isogenic CMS lines was also affected by this negative effect. The detrimental effect was closely related to an increased number of immature seeds per boll, which might be caused by partial female sterility associated with CMS cytoplasm. The possibility of developing specific combinations of CMS Upland × Upland restorer hybrids that express enough heterosis for yield to overcome the detrimental effect of the CMS cytoplasm is discussed.     

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。     

棉花器官特异病原相关启动子的克隆与分析

通过Tail PCR分离了GHNBS基因的5'侧翼序列,PLACE分析表明其含有CAAT-box、TATA-box及乙烯、茉莉酸甲酯、脱落酸应答元件,病原菌诱发子反应元件W boxes、GT-1、MYB、MYBST1和MYB1LEPR等。同时,在这段序列上还存在一些根特异表达元件。包括2个as-1和1个EECCRCAH1在内的3个增强子元件也存在于这段序列的上游区域,它们可能增强GUS基因在转基因植物中的表达。将GHNBS基因的5′调控序列以不同缺失与GUS基因融合转化拟南芥,发现GUS基因主要在根、茎的韧皮部和叶脉中表达。PGN-1559和PGN-1117表现为器官特异性表达。而PGN-476不能特异表达,同时也不能在根部表达。SA,ABA,MeJA,Eth-ylene,枯萎病菌和细菌DC3000处理后GUS活性均有显著上升,说明GHNBS基因的5′调控序列含有相应的应答反应因子,是一个器官特异以及与病原相关的启动子。     

亚洲棉和雷蒙德氏棉PEBP家族基因的鉴定及该家族基因在陆地棉组织中表达分析

磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidyl ethanolamine-binding proteins,PEBP)基因家族广泛存在于真核生物中,在被子植物中主要起着促进或抑制开花和控制株型的作用。利用亚洲棉(Gossypium arboreum,A2)和雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii,D5)的基因组数据库,分别搜索到8个棉花PEBP同源基因,都包含4个外显子和3个内含子,编码的蛋白都存在PEBP家族的保守基序和关键氨基酸位点,表明二倍体棉花中至少存在8个PEBP家族基因。进化分析表明,8个PEBP基因分属于3个亚家族,含FLOWERING LOCUS T(FT)-like亚家族1个、TERMINAL FLOWER 1(TFL1)-like亚家族5个(包括3个TFL1和2个BFT)、MOTHER OF FT AND TFL1(MFT)-like亚家族2个。实时荧光定量PCR分析陆地棉(Gossypium hirsutum)8个PEBP基因在根、茎、叶、幼苗顶端分生组织、花、胚珠和25 d的纤维组织中的表达,表明FT1在叶片中表达量最高,其次在纤维、胚珠和花中;MFT1在各组织中均表达,但在纤维中表达量最高,其次是花和叶片中,而MFT2以在叶片中表达为主;TFL1a、TFL1b和TFL1c均在根中表达量最高,但TFL1c在叶片、花和胚珠中也有相对较高的表达;BFT1和BFT2在叶片中表达量最高,但除幼苗顶端分生组织外,BFT1在其他各组织中的表达明显高于BFT2。这些结果表明,PEBP家族基因在棉花的生长发育中可能具有不同的功能。     

Breeding high-yield upland cotton (Gossypium hirsutum) lines with high-quality fibre by mutation

The yield and fibre quality of upland cotton (Gossypium hirsutum) cultivars are very difficult to improve simultaneously. Attempts to breed upland cotton cultivars with high-quality fibre that can spin more than 40 yarn count (Ne) and present yields equal to those of commercial cultivars have not been successful. The seeds of the high-yield upland cotton line Tai 8033 were mutagenized in a Chinese Practice No. 8 recoverable satellite, and the mutated line was selected to produce high-quality and high-yield lines by pedigree selection. The eight mutated lines fit the Chinese standard of high-quality cotton class I, were suitable for spinning more than 40 Ne and had yields that were 12.7%, 7.1% and 3.5% higher than the current control cultivar yield in the cotton cultivation area tested in Jiangsu Province. The fibre of one line successfully spun 80 Ne that fit the high-quality yarn standards. After seeds were mutagenized by exposure to a space environment in a satellite, the fibre quality of upland cotton cultivars was improved through pedigree selection.     

陆地棉转录因子的染色体定位

利用植物转录因子PTFD数据库1 116条陆地棉转录因子DNA序列设计的1 455对SSR引物,筛选陆地棉品种/品系渝棉1号、中棉所35、7235和T586,获得66对多态性引物。它们涉及到27个转录因子家族的64个转录因子,其中渝棉1号与中棉所35间23对多态性引物,渝棉1号与T586间30对多态性引物,渝棉1号与7235间33对多态性引物。以多态性引物检测对应重组近交系群体,共获得93个位点。其中,(渝棉1号×中棉所35)群体23个位点,(渝棉1号×T586)群体32个位点,(渝棉1号×7235)群体38个位点。利用转录因子SSR位点与实验室已定位的SSR位点进行遗传连锁分析,将84个位点定位于23条染色体上,其中32个位点分布于A染色体组,52个位点分布于D染色体组。     

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.     

亚洲棉EST-SNP的挖掘及其在陆地棉中的验证

【目的】随着不同棉种序列数据库的逐步完善以及高通量测序技术的发展,棉花单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)标记开发可利用的公共数据资源逐步增加。【方法】本研究基于陆地棉祖先基因组的现代种亚洲棉表达序列标签(Expressed sequence tag,EST)数据库,利用CAP3对亚洲棉EST数据库进行拼接。拼接获得7 187个重叠群(Contig),再利用Quality SNP软件进行SNP位点分析。【结果】在807条含有4条以上EST序列的Contig中查找到2 690个SNP位点。通过筛选次要等位基因频率大于30%的位点,获得953个可靠度较高的候选SNP,通过电子筛选,最终获得可用于陆地棉分析的SNP 149个,利用位点特异性聚合酶链式反应以及酶切扩增多态序列验证了EST-SNP的准确性。【结论】本研究证实基于亚洲棉EST数据库挖掘用于陆地棉研究的EST-SNP切实可行,并有望将EST-SNP用于陆地棉遗传图谱构建、重要性状的基因定位以及分子标记辅助育种。