利用马克隆值差异显著的BILs鉴定棉纤维品质相关基因

【目的】马克隆值是衡量棉纤维品质的重要指标之一。利用马克隆值存在显著差异的2个陆海回交近交系材料进行高通量基因芯片分析,旨在筛选和鉴定棉纤维发育相关的关键基因。【方法】从SG747(Gossypium hirsutum L.)和Giza75(Gossypium Barbadense L.)高世代回交近交系(Backcross Inbred Lines,BILs)群体中选取NMGA-140(马克隆值6.2)和NMGA-051(马克隆值4.0)为材料,利用Affymetrix公司的棉花寡聚核苷酸基因芯片对其开花后10 DPA(Days after anthesis)的棉纤维进行了表达谱分析。【结果】获得了2 655个差异表达基因,包括功能预测基因(15.57%),翻译、核糖体结构与生物合成相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换、分子伴侣相关基因(9.31%)等。推测β-tub10正向调控棉纤维发育过程,β-tub1负向调控棉纤维发育过程,Ghi.3578.1.S1_s_at在棉纤维发育早期起到了作用。【结论】为棉花纤维品质的遗传改良提供了丰富的基因资源,为分子标记辅助育种开发更多新的分子标记。     

利用基因芯片技术筛选棉纤维伸长相关基因

从回交近交系(backcross inbred lines, BIL)群体中选取纤维长度差异较大的两个系NMGA-062 (33.03 mm)和 NMGA-140 (25.87 mm),利用Affymetrix棉花基因芯片,分析其开花后10 d (DPA, days post anthesis)棉纤维伸长相关基因表达谱。在24 029条转录本中,两材料间差异表达的转录本有7 282条,占总数的30.31%;其中差异表达倍数在2倍或2倍以上的转录本有3 993条,占筛选转录本总数的16.62%,功能分类表明这些转录本主要包括功能预测基因(15.57%)、翻译、核糖体结构相关基因(13.54%)和翻译后修饰、蛋白质转换相关基因(9.29%)3大类。为了验证芯片数据的可信性,8个差异表达显著的基因(Ghi.10655.1.S1_s_at, ACO1, ARF1, SAHH, TUA6, TUA7, β-tub1, β-tub10)被用于实时荧光定量PCR。两种检测手段表现出一致性。随后,利用实时荧光定量PCR对3个与棉纤维相关基因(ARF1, β-tub1, β-tub10)在纤维发育不同时期(5、10、15、20和25 DPA)的表达模式进行了研究,结果表明,3个基因在纤维伸长发育时期(10和15 DPA)大量表达,推测这3个基因可能与棉纤维伸长有重要关系。     

利用基因芯片技术研究甘蓝型油菜油酸合成中差异表达基因

采用基因芯片技术对甘蓝型油菜高油酸(71.71%)和低油酸(55.6%)材料进行分析,探索油酸的差异表达基因。结果检测到差异表达基因562个,其中上调表达基因194个,下调表达基因368个。以基因芯片中油菜上调基因NM_100489和下调基因NM_130183为材料,用实时荧光定量方法验证基因芯片的结果,二者完全相符。根据基因芯片的实验结果,采用Go注释系统和数据库查询对562个差异表达基因进行功能注释表明,主要为各种酶类、结合功能、转录调控、代谢等,还有的功能未知或与糖代谢及脂肪酸合成相关,其中丙酮酸激酶、果糖二磷酸、酰基传递/酰基ACP硫脂酶、作用于酯键的水解酶、Δ9硬脂酰-乙酰载体蛋白去饱和酶(ADS1)、Δ9酰基-油脂减饱和酶2(ADS2)、ω-3脂肪酸减饱和酶(fad3)等被鉴定为差异表达基因。     

棉纤维发育相关基因时空表达与纤维品质的关联分析

以14个纤维品质差异的棉花品种(或品系)为材料,研究10个纤维发育相关基因时空表达变化与纤维品质的关系,为阐明棉纤维发育相关基因与纤维品质形成关系提供理论基础。利用实时荧光定量PCR技术检测10个基因在14个供试品种(或品系)不同纤维发育时期的相对表达量,结果表明,虽然遗传背景完全不同,但它们具有某些共同表达特征。GhExp1、GhCIPK1、GhSus1、GhSusA1和GhPL这5个基因都是在纤维伸长期优势表达;GhACT1、GhRacA和GhRacB是在纤维伸长前期和次生壁加厚期高表达;而GhCelA1和GhcelA3是在纤维伸长后期和次生壁加厚期优势表达。这些基因表达谱与纤维品质关联分析显示,GhRacA在23DPA高表达且表达量与纤维品质显著正相关,其余基因在低表达时其表达量与纤维品质呈显著性相关,而在高表达时其表达量与纤维品质无相关性。GhExp1在20DPA的表达量与纤维比强度和整齐度呈显著负相关,与伸长率呈极显著正相关;GhPL在23DPA的表达量与纤维长度呈显著负相关;GhRacA在5DPA和23DPA的表达量均与伸长率呈极显著正相关;GhRacB在10DPA的表达量与长度和整齐度呈显著负相关;GhCelA1基因在5DPA的表达量与纤维长度呈显著正相关,与马克隆值呈显著负相关,在10DPA的表达量与马克隆值呈显著正相关,与伸长率达到极显著正相关,与比强度呈显著负相关,与长度和整齐度呈极显著负相关;GhCIPK1、GhACT1、GhSus1、GhSusA1和GhCelA3 这5个基因在纤维发育各时期的表达量与纤维品质各指标未检测到相关性。     

棉纤维发育相关基因时空表达与纤维品质的关联分析

以14个纤维品质差异的棉花品种(或品系)为材料,研究10个纤维发育相关基因时空表达变化与纤维品质的关系,为阐明棉纤维发育相关基因与纤维品质形成关系提供理论基础。利用实时荧光定量PCR技术检测10个基因在14个供试品种(或品系)不同纤维发育时期的相对表达量,结果表明,虽然遗传背景完全不同,但它们具有某些共同表达特征。GhExp1、GhCIPK1、GhSus1、GhSusA1和GhPL这5个基因都是在纤维伸长期优势表达;GhACT1、GhRacA和GhRacB是在纤维伸长前期和次生壁加厚期高表达;而GhCelA1和GhcelA3是在纤维伸长后期和次生壁加厚期优势表达。这些基因表达谱与纤维品质关联分析显示,GhRacA在23DPA高表达且表达量与纤维品质显著正相关,其余基因在低表达时其表达量与纤维品质呈显著性相关,而在高表达时其表达量与纤维品质无相关性。GhExp1在20DPA的表达量与纤维比强度和整齐度呈显著负相关,与伸长率呈极显著正相关;GhPL在23DPA的表达量与纤维长度呈显著负相关;GhRacA在5DPA和23DPA的表达量均与伸长率呈极显著正相关;GhRacB在10DPA的表达量与长度和整齐度呈显著负相关;GhCelA1基因在5DPA的表达量与纤维长度呈显著正相关,与马克隆值呈显著负相关,在10DPA的表达量与马克隆值呈显著正相关,与伸长率达到极显著正相关,与比强度呈显著负相关,与长度和整齐度呈极显著负相关;GhCIPK1、GhACT1、GhSus1、GhSusA1和GhCelA3 这5个基因在纤维发育各时期的表达量与纤维品质各指标未检测到相关性。     

利用基因芯片检测水稻细菌性条斑病抗性相关基因

细菌性条斑病(简称细条病)是水稻的主要病害之一.为了鉴定细条病的抗性基因,我们利用Affymetrix的基因芯片对抗病品种Acc8558和感病品种H359中受细条病菌侵染调控的基因进行高通量的检测.在两品种中共检测到956个差异表达基因,其中12个基因在两品种中一致上调,54个基因在两品种中一致下调,20个基因在两品种中表达变化方向相反.对差异表达基因的基因本性、代谢路径和启动子进行了分析.比较发现有30个差异表达基因的位置与已报道的控制水稻细条病的QTL吻合.本研究为水稻细条病抗性基因的克隆提供了线索,为揭示水稻细条病抗性的分子遗传机理奠定了基础.     

棉纤维发育相关基因GhCHS、GhCPI的克隆与鉴定

  以陆地棉李氏超短纤维突变体Li₁li₁自交后代野生型li₁li₁和超短纤维突变体Li₁li₁开花后4 d的胚珠纤维的复合体的RNA为探针,通过基因芯片的方法筛选优质材料7235棉纤维伸长、次生壁加厚不同发育时期混合cDNA文库,分离出两个在两种材料中差异表达的cDNA序列,分别命名为GhCHS（GenBank登录号：EF643506）和GhCPI（GenBank登录号：EF643507）。RT-PCR分析表明：开花后4 d,GhCHS,GhCPI在陆地棉李氏野生型li₁li₁纤维中的表达量低于超短纤维突变体Li₁li₁。Southern杂交结果表明两个基因在陆地棉基因组中都存在两个拷贝     

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。     

cDNA微阵列鉴定差异表达基因的可靠性分析

应用马铃薯晚疫病水平抗性相关的1 009条表达序列标签(ESTs)所制备的cDNA微阵列和荧光信号Cy3,Cy5杂交系统,通过同一样品RNA的自身比较试验及与不同样品RNA的差异分析试验,对该技术的重复性和可靠性进行了验证分析。结果表明,在自身比较试验中,芯片杂交的假阳性率仅为0.79%,相关系数高达0.981 1;在差异分析试验中,同向标记、正反向标记、同一芯片内2个重复杂交结果的相关系数分别为0.966 0,0.889 5,0.980 2。研究结果证实,cDNA芯片技术具有高度的可靠性,可以鉴定出显著差异表达基因,并构建高质量的基因表达数据库,通过3次生物学重复和2次技术重复试验(采用正、反向标记)即可克服绝大部分试验误差。     

花生油脂合成相关基因的表达谱分析

为研究不同发育时期花生籽仁油脂合成过程中基因表达调控模式,本研究以高油酸、中油花生品系F18和低油酸、低油花生品种‘鲁花6号’为材料,对下针后10、30、40、60 DAP(days after pegging)的花生种子进行表达谱芯片测序。结果表明,130、3556、2783个基因分别在30、40、60 DAP时期差异表达。GO注释和KEGG富集结果显示,差异表达的基因主要富集在脂肪酸合成和光合等代谢进程中,其中FAB2、FAD2、WRI1等主要参与油酸的积累,参与光合作用的基因均为捕光叶绿素a/b结合蛋白,全部上调表达。代谢通路图结果表明,籽仁发育的40 DAP和60 DAP时期,脂肪酸合成途径的基因均上调表达。研究结果为花生油脂代谢的分子机制提供理论基础,同时也为花生品质改良贡献了基因资源。     

高温胁迫下杜鹃差异表达基因的cDNA-SCoT分析

杜鹃花为高山植物,大多不耐高温,严重制约了杜鹃花的迁地保护与园林应用,故有必要探讨杜鹃花属植物在高温逆境下的耐热机理.本研究以2年生的'胭脂蜜'(Rododendron'Yanzhimi')和'江南春早'(R.'Jiangnanchunzao')为材料,进行高温(42 ℃/30 °C)处理,在处理后2、4、8、12及2...     

“十一五”期间我国审定棉花品种纤维品质分析

 “十一五”期间我国通过国家和省级审定的棉花品种(杂交种)达600多个,其中白色陆地棉品种(杂交种)的纤维长度主要分布在29～30 mm,长度整齐度指数主要集中在84%～85%,断裂比强度主要在28～30 cN·tex-1,麦克隆值则多在4.3以上。90%以上的品种(杂交种)符合优质棉品质的要求。前3项指标优于美国现行推广品种,但麦克隆值却明显偏高。对纤维品质的主要分布特点、转基因与杂交种情况、品种多乱杂、品质区划等问题进行了讨论并提出一些对策建议。     

我国玉米骨干自交系秸秆纤维品质分析

通过对我国20世纪60年代以来应用广泛的27份骨干亲本自交系的秸秆纤维成分研究,结果显示自交系秸秆纤维品质中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、纤维素(CELLU)、半纤维素(HCELLU)和木质素(ADL)平均含量分别为47.657%、24.551%、21.096%、20.906%和3.776%;不同自交系间秸秆NDF、ADF、CELLU和ADL含量呈显著或极显著差异,HCELLU无显著差异性;各纤维组分含量之间具有显著或极显著相关性;不同年代间自交系秸秆纤维品质NDF、ADF、CELLU、和HCELLU含量有相似的变化规律,即20世纪90年代初至今各组分含量较高;ADL含量在不同年代自交系秸秆中含量变化不大。     

棉花优异品质及抗性基因挖掘与分子育种

棉花品质、产量、抗性等均是多基因控制的数量性状,其表现型受基因型和环境的共同影响,且纤维品质和产量性状之间存在较大的负相关,采用常规育种手段实现棉花纤维品质与产量的同步改良具难度很大,针对棉花品质、产量、抗性等性状形成的遗传基础这一关键科学问题,棉花品种分子设计研究团队以陆陆种内分离群体、陆海种间分离群体等材料,交叉利用分子数量遗传学、功能基因组学和分子育种学等研究手段,在陆地棉优质品质及抗性基因挖掘、海岛棉优质品质及抗性基因挖掘以及分子标记辅助方法开发及棉花新品种培育等方面取得了一系列研究成果。为棉花品质、产量、抗性性状形成的同步改良奠定了重要基础。