棉花ADP-ribosylation factor基因(GhARF1)的克隆与表达分析

ADP-ribosylation factor (ARF)是GTP结合蛋白,属于小G蛋白超家族中的ARF亚家族成员,在高尔基体小囊泡形成以及细胞信号传导中起重要作用。棉花纤维的发育需要有高尔基体参与,但ARF基因在棉花纤维发育中的功能尚不清楚。本文利用GHA27作探针,筛选棉花花药的cDNA文库,得到两个序列相同的阳性克隆。核苷酸序列分析表明该基因编码一个有181个氨基酸残基,分子量约20.7 kDa的蛋白,与动物、酵母及其他植物的ARF基因有很高的相似性,命名为GhARF1。采用PCR技术获得该基因序列,该基因含有5个外显子和4个内含子。进化树分析表明该基因更接近人类的classⅠ类ARF基因,在编码的氨基酸序列中具有保守的GTP结合区域,即P（GLDAAGKT）、G（NKQD）以及G’（DVGGQ）。Northern杂交结果显示GhARF1基因在棉花的纤维、花冠和根中表达量较高,特别是在纤维中的表达量最高,在茎、花蕾中也有表达,而在真叶、子叶和胚珠中的表达较微弱。Southern杂交分析表明,ARF基因在二倍体草棉和四倍体陆地棉基因组中均以多拷贝存在。     

Cloning and Function Characteristic of GhDWF 4,an Ortholog of Arabidopsis DWF 4 from Upland Cotton (Gossypium hirsutum L.)

As one of the longest cells characterized in plant kingdom,cotton fibers were regarded as an ideal material for studying plant cell growth and development.In recent years,several reports revealed that brassinosteroids (BRs) play an important role in the growth and development of cotton fiber.To further investigate the effect of BRs on fiber cell development and illuminate the mechanism of BRs action,we cloned GhDWF4,an ortholog of Arabidopsis DWF4 from upland cotton (Gossypium hirsuturn L.).     

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。     

生长素响应报告基因转化棉花及GUS检测

通过构建以GUS为报告基因的生长素响应表达载体的遗传转化,开展了棉花生长素的原位研究。经棉花叶片瞬时表达分析,证实该报告基因在棉花中有效。采用农杆菌子房注射法将该报告基因转化至湘杂棉21号后,经筛选检测,获得了3株阳性转基因棉花植株。对转基因棉花胚珠及花原基进行的GUS检测表明在棉花受粉前2 d(-2 DAP,Dayafter pollination)至受粉后2 d(2 DAP)的胚珠发育期间,棉花胚珠表面生长素水平呈现"V"形变化过程,且在受粉2 DAP后,GUS染色更集中分布在分化了的纤维细胞中。说明在棉花受粉前的胚珠发育早期,表层细胞中含有较高浓度水平的生长素,维持着表层细胞的持续分裂。而在胚珠表层纤维细胞分化期生长素浓度降低,GUS着色变浅。受精后,纤维细胞开始伸长突起,伸长的纤维细胞中有更强的GUS着色,证明分化了的纤维细胞中具有较高浓度的生长素分布,这可以促进纤维细胞的伸长生长。胚珠表层相邻细胞的低水平的生长素对棉花纤维细胞的分化突起可能起关键作用。对花原基的GUS染色观察,生长素主要集中分布在分化的花组织细胞分裂活跃的区域,表明生长素在促进花器官的发育和器官建成方面有重要作用。     

棉花纤维特异表达基因GhF1的分离及鉴定

采用mRNA荧光差异显示结合cDNA末端快速扩增技术,克隆了一个棉纤维特异表达基因的全长cDNA,命名为GhF1,该cDNA全长622 bp,含有一个编码66个氨基酸蛋白的开放阅读框。Southern杂交分析表明该基因在陆地棉(Gossypium hirsutumL.)中含有两个拷贝。Northern杂交分析表明该基因在棉花纤维细胞特异表达,在纤维发育过程中,GhF1转录产物的累积主要发生在纤维细胞发育的早期阶段。尽管未发现该基因与已知基因有任何同源性,但其分布的组织特异性和表达的发育阶段性暗示该基因在纤维伸长中起作用。     

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147份陆地棉种质资源具有较丰富的遗传多样性,变异分析表明主要农艺性状中变异系数最大的为单株铃数(25.099%)、最小的为株高(5.495%),主要纤维品质性状中变异系数最大的为伸长率(7.904%),最小的为整齐度指数(1.047%),遗传多样性指数以果枝数最高(2.345),第一果枝节位最低(1.940);相关性分析表明在果枝数、单株铃数、株高、第一果枝高度之间,衣分,伸长率,马克隆值之间和断裂比强度、上半部平均长度、整齐度指数之间存在极显著正相关,株高与上半部平均长度呈极显著正相关;伸长率与断裂比强度、上半部平均长度,马克隆值与上半部平均长度均呈极显著负相关;主成分分析表明前5个主成分的累计贡献率达到67.931%,第1主成分主要和棉花纤维品质相关,第2主成分主要与单株铃数、株高、果枝数等农艺性状相关,第3主成分表现出棉花农艺性状与纤维品质性状的相互影响,第4主成分与第5主成分均和棉花产量构成因素相关;聚类分析将147份来源岱字棉的陆地棉种质资源划分为5类,筛选出‘洞庭3号’(岱56-37)、‘安棉3号’、‘中7259’、‘沙帽长桃’(纱帽长桃)、‘赣棉11号’可以作为改良棉花产量构成的材料加以利用,没有马克隆值A级材料。     

棉花纤维发育的分子研究进展

棉花纤维的发育经历起始期、伸长期(初生壁形成)、次生壁形成期和成熟期四个时期，大量研究表明在棉花纤维发育的各个阶段均有大量的基因参与调控棉花纤维起始细胞突起，棉花纤维细胞的伸长及次生壁的形成等过程。本文综述了棉花纤维发育过程中在分子水平上的一些研究进展。     

棉花纤维特异/优势表达基因的染色体定位

 棉纤维是研究植物细胞伸长和细胞壁建成以及纤维素生物合成的优良模型,迄今为止,已经分离了许多纤维特异/优势表达的基因。为了便于这些基因的图位克隆使其能够应用于棉花纤维品质的改良中,本研究采用分离群体定位法和Blast分析法对这些基因进行染色体定位。利用陆地棉、海岛棉BC₁种间分离群体,将GhCFE定位在第6染色体,GhGLP1-250定位在第19染色体。Blast分析将11个基因定位到棉花染色体上。这些基因与棉纤维的伸长和细胞壁的合成相关,与这些基因连锁标记的获得有助于棉花纤维长度和强度的分子标记辅助选择。     

绿盲蝽刺吸胁迫诱导棉花SSH文库的初步构建及生物信息学分析

为了筛选棉花中对绿盲蝽为害产生防御反应的基因,初步构建了绿盲蝽刺吸胁迫诱导棉花抑制性消减杂交正向文库,构建文库过程中随机挑取960个克隆进行菌落PCR鉴定,插入片段在250～1500 bp之间.经反向Northern筛选,测序拼接后得到78个非重复独立基因(unigenes).通过Blast2GO软件对unigenes...     

陆地棉矮化突变体Ari1327的矮化机理研究

 Ari1327是从美国引进的陆地棉种质Ari971经⁶⁰Coγ射线照射后得到的一个新型矮化突变体。Ari1327在萌发期和子叶期就表现出矮化性状。在现蕾期,突变体的株高、节间数和节间平均长度均小于野生型,差异达到极显著水平,节间平均长度的缩短导致了突变体株高的降低。突变体主茎节间纵向细胞的长度要显著小于野生型,横向细胞的直径与野生型差异不显著,节间细胞伸长受抑制导致了突变体节间平均长度的缩短。突变体中IAA、GA₃和ABA 含量高于野生型,外施GA₃能使其株高恢复至野生型水平,外施BR和IAA不能使其株高恢复到正常水平,较低浓度的IAA对突变体的株高和节间长度就开始产生抑制作用。突变可能导致了IAA合成相关基因的过量表达,突变体内源IAA含量急剧升高而抑制了植株生长,使株高降低。     

一个棉花纤维伸长期优势表达启动子pGhFLA1的克隆与鉴定

棉花纤维是研究单细胞生长发育的良好模式细胞,寻找在棉花纤维发育时期优势表达的启动子,对于棉花纤维发育的功能基因组研究非常重要。本试验对发掘到的一个在纤维伸长期优势表达基因GhFLA1的启动子进行克隆,并将该启动子融合GUS转化棉花和烟草。转基因棉花的GUS蛋白染色表明,在0~20 DPA(days post anthesis)的纤维中检测到GUS蛋白,同时在柱头、雄蕊、萼片、胚根、子叶和根中也检测到GUS蛋白,但在花瓣、叶片和苞叶中没有检测到。同时GUS定量检测结果显示,pGhFLA1驱动GUS蛋白积累的高峰是在20 DPA的纤维中,其驱动GUS表达的能力是Ca MV 35S::GUS的22倍。转基因烟草组织化学染色显示pGhFLA1可以驱动GUS在叶片及叶片的表皮毛中优势表达,同时在子房、柱头、花药、苞叶、花柄基部、花瓣、种子等生殖器官上也存在GUS蛋白。启动子pGhFLA1在棉花纤维和烟草叶片的表皮毛中优势表达,可用于棉花纤维功能基因组研究,在改良纤维品质育种中具有潜在的应用价值。     

Genetic Analysis of a Novel Dwarf Mutant,AISHENG98,from Upland Cotton

Cotton (Gossypium hirsutum L.) is the most important textile fiber and the second most important oil seed source in the world.To control excessive growth of cotton plant height,which may result in shading and lodging,farmers and researchers have used plant growth regulators that increased the production costs.So the breeding for dwarf plant is the best way to solve this problem.In the past,some dwarf mutants of cotton with recessive gene controlled were reported.     

两个陆地棉过氧化物酶cDNA的克隆和鉴定

从陆地棉优质材料7235不同发育时期的棉纤维混合cDNA文库中分离出2个与过氧化物酶相关的cDNA克隆GhPOD1和GhPOD2。GhPOD1是利用5’RACE技术得到的长度为1 489 bp的完整cDNA序列,开放读码框长度为816 bp,编码271个氨基酸,BLAST结果表明,该基因和拟南芥中已报道的过氧化物酶基因同源性最高。GhPOD2是通过对cDNA克隆直接测序获得,其插入片段长度为1 355 bp,开放读码框长度为999 bp,编码332个氨基酸,BLAST结果表明,该cDNA序列与已报道的1个陆地棉纤维过氧化物酶基因（pod8, L08199）氨基酸相似性达99％。RT－PCR分析表明GhPOD1是一个组成性表达的基因,而GhPOD2在根中不表达,而在茎、叶、胚珠和纤维细胞中表达,并从开花后14 d起,在纤维细胞中表达量逐渐减弱。进化树分析显示GhPOD1与已知的11个过氧化物酶基因距离都较远,是1个新的陆地棉过氧化物酶基因;GhPOD2与相似性高的pod8在同一分支,但与其余的第3类过氧化物酶也有较大的差异。Southern杂交结果表明这两个基因在陆地棉基因组中都存在2个拷贝,推测A、D亚组中各有1个拷贝。GhPOD1和GhPOD2的棉花转基因功能验证正在进行。     

棉株果枝部位、温光复合因子及施氮量对纤维伸长的影响

以杂交棉(科棉1号)和常规棉(美棉33B)品种为材料,设置异地分期播种和施氮量试验,使棉株不同果枝部位棉铃处于相同环境条件下或相同果枝部位棉铃处于不同环境条件下,研究棉株果枝部位、温光复合因子及施氮量对纤维伸长的影响。结果表明, 在相同环境条件下,棉株中部果枝铃的纤维长度虽稍高于其他部位,但纤维伸长动态变化及最终纤维长度在不同果枝部位间的差异均未达显著水平。棉纤维伸长发育期的累积辐热积PTP可综合温光复合因子的效应,其与棉纤维最大伸长速率V_max呈极显著线性正相关,与纤维快速伸长持续期T呈极显著线性负相关,与棉纤维长度理论最大值Len_m呈二次曲线函数关系,可以作为表征棉纤维伸长发育温光复合因子的指标。当棉纤维伸长发育期内PTP在335 MJm^–2左右时,Len_m最大(科棉1号、美棉33B分别为30.94、30.31 mm),V_max在1.3 mm d^–1左右,T在16 d左右。氮素水平与温光复合因子对纤维长度的影响存在补偿效应,随施氮量的增加,棉纤维长度达到最大值时对应的PTP减小。当棉纤维伸长发育期内PTP达到240 MJm^–2时(科棉1号、美棉33B分别为237.6、241.6 MJm^–2),240 kg N hm^–2施氮量下的棉铃对位叶叶氮浓度(N_A)更适宜棉纤维伸长;PTP低于此值时,增加施氮量(480 kg N hm^–2)可减小因累积辐热积降低而造成的棉纤维长度缩短的幅度。     

Relationship between Water Content and Growth of Seed and Fibre of Three Cotton Genotypes

Three cotton genotypes (varying in their final seed size), viz. H-6 and H-4 ( Gossypium hirsutum L.) and V-797 ( Gossypium herbaceum L.) were studied for their growth kinetics of seed and fibre. Both biphasic linear and polynomial models were used to demark different phases of cotton seed growth. The polynomial model appeared to be appropriate to define the growth phases of cotton seed as compared to the linear model. The rate and the duration of dry matter accumulation were obtained by differentiating the best-fit polynomial equations. Based on the data of dry weight and water content, cotton seed development is divided into four different phases, viz. (a) cell division, (b) cell elongation, (c) dry matter accumulation and (d) maturation. The rate of dry matter accumulation showed a close correlation with water content of seed as well as of the fibre, in all three genotypes studied. It is proposed that water content of seed or fibre plays an important role in determining dry weight of three genotypes.     

显性无腺体与隐性无腺体陆地棉品种间杂种二代利用研究

利用４个隐性低酚棉品系为母本，５个显性无腺体品系为父本，按不完全双列杂交（ＮＣⅡ）设计配制２０个组合，利用亲本、Ｆ１和Ｆ２材料采用ＡＤＡＡ模型研究表明，衣分以加性效应为主，其余产量及产量构成因素以显性遗传效应为主。子棉产量和铃重有较低的上位遗传效应。纤维品质性状中，绒长与整齐度以显性遗传效应为主，绒长还存在少量上位效应；比强度与伸长率仅存在显著的加性遗传效应，麦克隆值以加性遗传效应为主。Ｆ１皮棉产量、第一次收花率、单株铃数、铃重和衣分的群体超亲优势平均值分别为：２７．９％、１８．７％、１６．２％、９．７％和１％，Ｆ２分别为：１０．８％、５．１％、４．５％、４．６％和－１．２％。Ｆ１绒长的群体平均优势为２．５％，比强度和伸长率为－１．８和０．８％，麦克隆值和整齐度分别为－０．２％和－２．７％。Ｆ２绒长略呈下降趋势，比强度、伸长率和麦克隆值Ｆ２与Ｆ１相近，整齐度Ｆ２略优于Ｆ１。表明了显性无腺体基因的杂种优势利用前景广阔。     

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。     

辛酸甲酯、癸酸甲酯和6-BA对棉花去顶的影响

 以皖棉19 F₁为材料,研究了叶面喷施辛酸甲酯、癸酸甲酯和6-苄基腺嘌呤（6-BA）对棉花去顶的影响。3种试剂均降低了棉花的株高,较高浓度处理提高了果枝数、单株结铃数、铃重及衣分,从而提高了产量;对棉花纤维的上半部长度和整齐度影响不大,但多数处理增加了麦克隆值,高浓度处理降低了比强度和伸长率,使棉花纤维品质下降。总体来看,适宜浓度的辛酸甲酯、癸酸甲酯和6-BA能在一定程度上代替人工打顶。     

棉花组织培养与植株再生

棉花是世界上重要的纤维和油料作物。现代生物技术的不断发展为棉花育种和种质创新提供了新的技术手段,极大地推动了棉花育种的进程。现代生物技术在植物育种中的成功应用大多是依靠有效的再生体系的建立。因此棉花组织培养及其再生技术在品种改良、种质资源的繁殖和保存、杂种优势的固定和遗传转化等方面具有重要作用,颇受各国研究者的重视。本文综述了棉花的体细胞培养、花药培养、茎尖培养、胚珠和胚培养以及原生质体培养等方面近年来的主要研究进展,并提出了棉花组织培养中存在的主要问题及今后的研究方向。