棉属野生种旱地棉苏氨酸醛缩酶基因GarTHA的克隆及功能验证

盐胁迫是影响作物生长和发育的重要因素之一。一些棉属野生种具有较好的耐盐性, 是开展棉花耐盐性机制研究以及改良陆地棉耐盐性的重要资源。本研究基于cDNA-AFLP技术分离获得的旱地棉(Gossypium aridum)盐胁迫下差异表达片段序列信息, 经电子克隆技术和RT-PCR方法克隆了旱地棉苏氨酸醛缩酶基因cDNA全长, 命名为GarTHA (GenBank登录号为KC167360)。该cDNA全长为1 018 bp, 包含一个822 bp的完整ORF, 编码273个氨基酸残基, 蛋白质分子量为82.57 kD, 等电点为4.89。GarTHA基因与杨树PtTHA基因同源性最高, 为84.6%。为进一步验证其功能, 利用拟南芥逆境胁迫启动子rd29A构建植物表达载体, 将GarTHA基因的完整ORF转入拟南芥中, 获得转基因植株并进行了耐盐性鉴定。结果表明, 在盐胁迫下转基因拟南芥种子的发芽率明显高于野生型, 且转基因植株的根长显著高于野生型。说明GarTHA基因可能参与植物的盐胁迫反应, 从而提高植物抗逆性。     

棉属野生种克劳茨基棉第7染色体上马克隆值QTL的挖掘与定位

为了深入挖掘和利用棉属野生种克劳茨基棉(Gossypium klotzschianum)的优异等位基因,构建了一个(陆地棉泗棉2号×克劳茨基棉)×泗棉2号的BC₁F₂群体,对纤维品质性状初步定位,单标记相关分析表明位于第7染色体上的SSR标记NAU1362与马克隆值表现极显著相关。进一步选择在第7染色体上含有克劳茨基棉渐渗片段的BC₁F₂单株与轮回亲本泗棉2号回交,构建BC₂F₃和BC₂F₄分离群体,通过两年的田间重复试验验证该QTL的位置与效应。结果表明,该QTL (qFMIC-7-1)在BC₂F₃、BC₂F₄世代均被检测到,位于相同的标记区间,分别可以解释9.0%、8.8%的表型变异,增效基因来源于野生种克劳茨基棉,与BC₁F₂群体定位结果基本一致。同时在第7染色体上检测到另一马克隆值QTL (qFMIC-7-2),同样在BC₂F₃、BC₂F₄两个世代均能够被检测到,分别可以解释3.7%、4.7%的表型变异,但增效基因均来源于泗棉2号。     

棉属野生种稀毛棉、皱壳棉、杨叶棉的核型研究

本文研究了原产澳大利亚的稀毛棉（Ｇ．ｐｉｌｏｓｕｍ）、皱壳棉（Ｇ．ｃｏｓｔｕｌａｔｕｍ）、杨叶棉（Ｇ．ｐｏｐｕｌｉｆｏｌｉｕｍ）的核型。稀毛棉的核型公式为２ｎ＝２ｘ＝２６＝１６ｍ（４ｓａｔ）＋１０ｓｍ，皱壳棉为２ｎ＝２ｘ＝２６＝１６ｍ（４ｓａｔ）＋１０ｓｍ，杨叶棉为２ｎ＝２ｘ＝２６＝１８ｍ（４ｓａｔ）＋８ｓｍ。随体均有两对，一对位于第１１对染色体的长臂上，另一对位于第１３对染色体的短臂上。平均臂比和长度比分别为稀毛棉１．５３和２．５１、皱壳棉１．５５和２．３１、杨叶棉１．４９和２．３７，其核型均属于Ｓｔｅｂｂｉｎｓ的２Ｂ类型。对称系数稀毛棉为２６．０４，皱壳棉为２７．９３，杨叶棉为２８．３２。三者彼此之间的核型重合率均在９０％以上。核型的同质性说明三者在起源上有很好的一致性     

棉属8个野生种2个二倍体栽培种对陆地棉的改良效应

１９７４～１９９３年间，用棉属８个野生种两个二倍体栽培种作父本与陆地棉进行种间杂交，从其后代出，选育出１０个具有丰产，优质，抗病的新品系和１２８个各具优良性状的种质材料，其中６个已参加了省级上区试，它们分别属于８种类型：高衣分（４４％～４８％），长绒（３６．０～４０．６ｍｍ），高强纤维（２５．３～３３．３ｇ／ｔｅｘ），大铃（７．０８～９．３０ｇ），最佳麦克隆值（３．７～４．０），抗棉蚜（Ｉ－ＩＩ级     

盐胁迫下棉属野生种旱地棉（Gossypium aridum）差异表达基因的cDNA-AFLP分析

 以一个耐盐的二倍体野生种旱地棉和对盐敏感的陆地棉栽培种苏棉12号为材料,运用cDNA-AFLP技术,比较两个材料分别在盐胁迫前后的表达情况,获得了25个仅在旱地棉盐胁迫下特异表达的转录片段（TDF）。将这些片段进行电子克隆,延伸后的序列进行BLAST分析,结果显示23个转录片段推断的氨基酸序列与已知的蛋白同源,这些盐诱导表达的基因主要涉及离子转运、活性氧清除、细胞信号传导、细胞分裂、转录调节、膜保护、渗透调节等功能蛋白。从23个差异表达的转录片段中选择9个进行实时定量PCR（qRT-PCR）分析,结果表明这些基因在盐胁迫后表达显著增强,而且多数在12~24 h达到高峰。这些cDNA克隆是开展棉花耐盐性分子基础研究的重要资源。     

转Bt基因抗虫棉和有色棉苗期耐盐性差异研究

盐胁迫可致棉叶萎焉 ,叶温升高 ,气孔导度、蒸腾强度和光合速率降低 ,促进膜脂过氧化、丙二醛 (MDA)积累。但棉株体通过保护酶活性的提高和协同作用 ,以及盐离子的区域化分布 ,表现出较强耐盐胁迫的能力。耐盐性因基因型而异 ,在供试材料中 ,棕色棉和绿色棉的耐盐性最强 ,转 Bt基因抗虫棉 3 3 B和 S6 1 77的耐盐性最差。基因型间耐盐性差异与保护酶活性和盐离子在叶片中积累量的差异有关。长期人为选择可致棉花抗逆性的部分丢失 ,Bt基因的导入也可能影响棉花耐盐性的表达。     

甘蔗细茎野生种ScNAC1基因的克隆与功能分析

本研究根据转录组信息从甘蔗细茎野生种(Saccharum Spontaneum)中克隆得到一个抗旱相关的NAC家族基因,命名为Sc NAC1(NCBI accession KP742345)。研究结果显示:该基因包含一个1 212个碱基的开放阅读框,编码403个氨基酸;通过序列比对发现该基因在N端具有保守的NAC结构域,进化树分析显示Sc NAC1属于NAC家族基因的NAP亚家族;通过将Sc NAC1-GFP融合载体转化拟南芥原生质体中,证明Sc NAC1定位于细胞核内;定量PCR检测在甘蔗细茎野生种发育不同时期Sc NAC1对于干旱的响应,发现Sc NAC1在各个时期都受干旱诱导。研究结果可为进一步研究甘蔗干旱响应机理提供参考。     

棉属野生种克劳茨基棉(Gossypium klotzschianum)基因组向陆地棉的渐渗

 棉花远缘种质是改良栽培种的丰富资源,野生种遗传变异的有效利用依赖于鉴定并渐渗理想的野生种DNA进入栽培种的能力。为了检测二倍体野生种克劳茨基棉染色质在陆地棉中的渐渗情况,构建了一个来自于（陆地棉×克劳茨基棉）×陆地棉的BC₁ F₂群体,并用320个覆盖棉花基因组的SSR标记来监测外源种质的转入;只有38个标记在BC₁F₂群体中显示了分离,这些标记分布于14条染色体,组成了18个渐渗片段;通过比较发表的棉花遗传图谱,这18条渐渗片段的总长为595 cM;同时两个形态性状（黄色花瓣和开放花蕾）被定位于13号染色体。通过分子和形态鉴定,结果证实克劳茨基棉染色质已被渐渗进陆地棉遗传背景中。利用这种特异的标记将会促进理想的外源基因转入栽培棉。     

大白菜FAD8基因的克隆

脂肪酸去饱和酶基因FAD8是控制亚油酸向亚麻酸转换的关键酶,对植物的膜脂不饱和度有重要影响,关系到植物的抗寒能力,在拟南芥中是低温诱导表达的。根据已发表的FAD8序列,设计简并引物,从低温处理条件下大白菜叶片cDNA中克隆到一段200 bp的中间序列,进一步利用cDNA末端快速扩增技术(Rapid Amplification of cD-NA ends,RACE),获得大白菜FAD8基因的5’和3’末端序列,经测序拼接获得1 509 bp的目的序列,编码432个氨基酸。与已经报导的油菜FAD8基因氨基酸序列同源性较高,达98%。杂交结果显示,该基因是单拷贝序列。这项工作为进一步研究叶绿体脂肪酸去饱和酶奠定了一定的基础。     

陆地棉质体转录活性因子基因GhPTAC的克隆及其耐盐性分析

为了挖掘新的耐盐基因及调控途径,利用基因芯片技术及抑制性差减文库技术筛选到质体转录活性因子,通过RACE及RT-PCR技术克隆到该基因的cDNA全长,命名为GhPTAC。该cDNA全长1 564 bp,其中ORF 1 038 bp,推测编码345个氨基酸残基的多肽。生物信息学分析表明GhPTAC为拟南芥PTAC13同源基因,同源性60.6%。编码蛋白为转录活跃的染色体(TAC)的一个组分,参与叶绿体基因组转录终止/抗终止调节。Real-time PCR分析结果表明,GhPTAC受盐胁迫诱导上调表达,在耐盐材料中9806中表达水平明显高于盐敏感材料中S9612,这与芯片结果一致。     

亚洲棉石系亚1号耐旱相关基因SSH文库的构建及其分析

通过抑制消减杂交技术成功地构建了亚洲棉石系亚1号耐旱相关基因cDNA文库。通过蓝白斑筛选、菌落PCR及生物信息学等分子生物学手段分析和检验了库的质量,最终筛选出阳性克隆392个。通过EST测序得到265个单一序列,其中41个为重叠群,224个为单拷贝。生物信息学分析结果表明,该文库含有大量与耐旱相关的基因,并且涉及植物生理中多种代谢途径。     

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(G. hirsutum L.) N-乙酰氨基葡萄糖转移酶基因(GhGnT)的克隆及耐盐性功能分析

在耐盐相关基因芯片基础上,我们筛选到盐诱导显著上调表达(Ratio>2)的N-乙酰氨基葡糖转移酶基因.选取耐盐材料中9806为材料,根据耐盐性抑制消减文库EST序列设计引物,利用RACE及RT-PCR技术获得该基因cDNA全长1970 by,命名为GhGnT.通过Blast比对,发现该基因与蓖麻乙酞氨基葡萄糖转移酶基因...     

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。     

雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族,涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等,通过生物信息学方法,在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员,并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明,雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上,亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上;内含子/外显子结构分析表明,TCP基因结构较为简单,大部分不含内含子;功能结构域分析,发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域;根据结构域差异和系统发育分析的结果,将TCP基因家族分成2个亚族,进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。