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。     

棉花黄萎病抗性的分子研究进展

本文综述了棉花黄萎病菌的分子鉴定，棉花黄萎病抗性的遗传基础，分子标记在棉花抗黄萎病方面的应用，棉花黄萎病抗性基因的克隆及转化等方面的研究进展。     

棉花纤维伸长发育期的基因表达分析

利用cDNA芯片技术分析陆地棉显性单基因突变的李氏超短纤维突变体（Li₁li₁）和其野生型（li₁li₁）纤维发育4 DPA（day post anthesis）的基因差异表达情况。RT-PCR验证4DPA芯片结果，得到15个差异表达的EST（expressed sequence tag），其中9个下调表达，即野     

棉花纤维品质分子育种的现状及展望

棉纤维是重要的纺织工业原料。随着人民群众对衣着要求的普遍提高,纺工部门引入高效快速的纺纱技术,对棉花品种的总体纤维品质,提出了更高的要求。目前国内外棉花育种家除了利用常规技术外,还大规模开展了棉纤维品质改良的分子育种研究。本文综述了国内外利用克隆出的棉纤维发育基因以及外源基因开展棉纤维品质改良的转基因育种和棉纤维优质基因的分子标记筛选和辅助选择育种的研究进展。同时,根据我国目前棉花品种品质水平、生产状况,提出了棉花品质育种策略。     

棉花纤维伸长期与次生壁增厚期蛋白质组比较

以陆地棉徐州142为材料,比较了3种不同棉花纤维蛋白质提取方法;利用双向电泳技术比较棉花纤维伸长及初生壁形成期(10 DPA)和次生壁增厚期(25 DPA)蛋白质组的变化;利用PDQuest软件分析各个差异蛋白在10 DPA和25 DPA棉花纤维中的相对表达量,选取质量好、实验重复性高的蛋白质点15个进行MALDI-TOF MS鉴定;根据目的蛋白核苷酸序列设计特异引物,对5种差异蛋白进行半定量RT-PCR分析。结果表明,利用饱和酚-甲醇醋酸铵法提取的棉花纤维蛋白,其蛋白含量较高,且SDS-PAGE电泳条带清晰;进行MALDI-TOF MS鉴定的15个差异蛋白,于NCBI上进行数据查询,分别属于F-box家族蛋白、肌动蛋白、β-微管蛋白、F₁-ATP合成酶、ATP酶β亚基、膜联蛋白、磷酸甘油酸酯激酶I、胞质苹果酸脱氢酶、S-腺苷-L-高半胱氨酸水解酶、谷氨酰胺合成酶、Cu-Zn超氧化物歧化酶、profilin、4-香豆酸辅酶A连接酶等。查询结果表明,上述蛋白参与能量代谢、碳代谢、细胞周期调控和发育等。     

中国科学家在棉花纤维发育研究领域取得最新进展

在最近短短的几年时间里,中国科学家群体在相关国家科学基金的支持下,利用功能基因组学技术手段在棉花纤维发育研究领域取得了令人瞩目的突破性进展,使我国在棉纤维发生发育的分子机制研究方面处于世界领先地位,其中重要的研究结果发表在国际著名的期刊《ThePlantCell》等杂志上。从分子水平弄清控制棉纤维细胞伸长的真正机制,对于棉花纤维的发生与伸长的调控以及高等植物的生长和形态的建成具有重要科学意义和显著的学术意义。通过棉花纤维发育的基础研究,建立了棉纤维品质分子改良的技术平台,同时为棉花分子育种提供了纤维品质改良的关键功能基因,为进一步显著提高棉花纤维品质,创制纤维品质优异的新材料奠定了重要的基础。     

棉花重要性状基因定位研究进展

随着棉花基因组学研究的不断深入和遗传图谱的不断饱和,为一些控制棉花重要性状基因的定位提供了便利.将各类分子标记定位于相应的遗传连锁图或染色体上,为研究棉花诸多性状基因的图位克隆、抗性机制的遗传揭示、分子标记辅助选择、有利基因的定向转移及基因聚合育种等奠定了坚实的基础.综述了近年来棉花重要质量性状基因和数量性状基因(QTLs)定位研究的最新进展,并对研究中存在的主要问题进行分析和展望.     

与棉花纤维强度连锁的主效QTL应用于棉花分子标记辅助育种

本文以黄河流域广泛种植的转基因抗虫棉品种sGK321和sGK9708(中41)为轮回亲本,分别与优质丰产品种太121和高纤维品质渐渗种质系7235杂交的F1代材料杂交并回交,配置了杂交回交组合两套,运用与一个已定位的高强纤维QTL紧密连锁的2个SSR标记,通过对这两套杂交组合的不同世代群体的数据进行分析研究,在sGK321x[(Tai121x7235)xsGK321]组合的F2群体、F2:3群体和sGK9708x[(Tai121×7235)×sGK9708]组合的F2群体、F2:3群体中,有/无标记个体的平均纤维强度分别为29.78 cN/tex//28.19cN/tex、29.35 cN/tex//27.97 cN/tex和29.74 cN/tex//27.65 cN/tex、29.12 cN/tex//27.33cN/tex,差异都达到了极显著水平.本研究表明了此高强纤维主效QTL在不同的遗传背景,经过多代杂交、回交和自交后,能够稳定遗传而且QTL的效应稳定;利用此高强纤维主效QTL的分子标记进行辅助选择提高棉花纤维强度效果是显著的.可以在棉花的苗期或早期世代进行分子标记辅助选择,这为快速有效地改良棉花纤维品质、培育棉花新品种新品系提供了理论依据.并运用此项技术结合其它手段进行优质、抗虫等基因的聚合育种研究,快速有效地改良现有的陆地棉推广品种,创造高产、优质、抗虫棉花新材料或新品系.     

棉花黄萎病抗性分子标记辅助选择改良研究进展

由大丽轮枝菌引起的棉花黄萎病已成为当前我国棉花可持续生产的主要障碍之一。分子标记辅助选择打破传统表型选择的局限性,实现对基因型的直接选择,有助于提高选择效率。然而分子标记辅助选择在棉花抗黄萎病育种中的应用不充分。概述棉花黄萎病抗性分子标记辅助选择改良的研究进展,讨论改良过程中遇到的问题,在总结相关研究的基础上讨论分子标记辅助选择在棉花抗黄萎病育种中的应用前景,以期为我国棉花抗黄萎病分子育种提供有用信息。     

光照对棉花胚珠纤维离体发育的影响

分析了光照和黑暗条件下,对培养棉花胚珠纤维离体发育的影响。表明在其它条件相同时,纤维离体发育在基因型之间有很大的差异,光照对纤维的发育起了明显的抑制作用。无论受精胚珠还是未受精胚珠,在光照条件下其胚珠成活率、纤维诱导率、纤维生长量、胚珠鲜重均低于在黑暗条件。尤其是未受精胚珠,在光照条件下珂３１２ 与ＴＭ－ １虽能诱导产生纤维,但纤维诱导率很低,仅有８．１９％ 和４．９６％ ,纤维生长量为０．１６３７和０．１１３２,而浙５０６、罗甸铁子和徐州１４２无絮突变体均不能产生纤维。本试验表明：只有在黑暗条件下才适合纤维离体发育。     

棉花季节桃加厚发育生理特性的差异及与纤维比强度的关系

选用3类棉纤维比强度差异明显的4个棉花品种, 研究棉花伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃纤维加厚发育过程中主要生理特征的差异及与纤维比强度的关系。结果表明, 棉花季节桃纤维加厚发育过程中物质转化特征和相关酶活性存在较大差异, 最终导致纤维比强度差异的形成, 且季节桃间的差异在各类品种内表现一致。伏前桃和伏桃纤维加厚发育处于较为适宜的温度条件(铃龄10~50 d日均温26.0~28.5℃)和棉株生理年龄(3~9果枝)下, 纤维素合成相关酶活性越高, 相关物质转化越多, 纤维素快增持续期长, 纤维素累积速率平缓, 越利于高强纤维的形成。早秋桃纤维发育后期温度条件较伏前桃差且棉株开始衰老, 但其纤维合成相关物质转化率高, 纤维素累积特征优于伏前桃, 最终纤维强度高于伏前桃; 随着铃龄10~50 d日均温降至20℃以下和棉株进一步的衰老(16果枝以上), 晚秋桃纤维素快速累积期延长, 相关物质转化率降低, 纤维累积速率过慢, 纤维细胞发育迟缓, 造成最终纤维比强度较低。     

国外棉花抗性及纤维改良育种的研究进展

棉花(Anemone vitifolia)是重要的经济作物,棉花纤维是纺织原料的重要来源,棉花生产在世界经济中占有重要的地位,但随着全球气候的不断恶化,世界棉花生产一直受到病害、虫害、干旱、盐碱环境等生物和非生物的胁迫和制约,对全球棉花的产量和纤维质量都造成持续性的危害,国外研究人员通过常规育种技术结合转基因技术,分子标记辅助育种技术等手段创制和培育了一系列的抗性种质资源和品种,改良了棉花的纤维质量,在生产中大面积推广和应用,本研究对国外棉花抗病、耐旱、耐盐、抗虫及纤维改良育种的研究进展进行综述,希望能对中国棉花抗性及纤维改良育种有所帮助。     

棉纤维加厚发育生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响

选择3类棉纤维比强度差异明显的品种,于2004—2005年在江苏南京（长江流域下游棉区）研究棉纤维加厚发育过程中主要生理特性的基因型差异及对纤维比强度的影响,为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径提供理论依据。结果表明,高纤维比强度基因型（科棉1号）棉纤维中可溶性糖转化多,进入纤维次生壁加厚发育期的β-1,3-葡聚糖含量峰值高,纤维素合成关键酶（蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶）活性增强快、峰值高,纤维素累积速率平缓且快速累积期长;而较低纤维比强度基因型（苏棉15和德夏棉1号）的棉纤维加厚发育生理特征与此相反;中等棉纤维比强度基因型（美棉33B）则介于上述两者之间。与纤维素生物合成相关的物质和关键酶活性变化的基因型差异是造成纤维素累积速率及纤维比强度差异的主要生理原因之一。此外,β-1,3-葡聚糖含量的剧增可作为棉纤维进入次生壁加厚发育阶段的一个重要特征。     

棉纤维品质指标形成的动态模拟

棉纤维品质形成的准确模拟对构建棉花生长模拟系统及优质高产管理决策具有重要意义。本文以棉铃发育的生理生态过程为基础，采用生理发育时间作为定量发育进程的尺度，通过量化品种效应及水分、日均温和日温差等生态因子对棉纤维品质指标形成的影响，构建了预测棉纤维伸长、比强度增加和纤维素积累的模拟模型。利用不同生态点不同日均温和日温差条件以及不同水分处理的试验资料对模型进行了检验。结果显示，纤维长度、纤维比强度、纤维素含量模拟值与观测值之间的根均方差（RMSE）分别为1.15 mm，1.03 cN·tex^-1和4.37%，表明模型具有较好的预测性和适用性。     

中国棉花纤维品质地域和年份间分析

以2001—2005年农业部对13个主产棉省主栽品种抽查样品的测试结果为研究对象,分析研究了“十五”期间中国棉花纤维的长度、整齐度、比强度、马克隆值等8项品质指标的分布情况,并运用STATA统计分析系统分析了各品质指标之间的关系。“十五”期间,中国生产领域的棉花纤维长度主要分布在28~29mm,整齐度指数主要分布在82%~84%,断裂比强度主要分布在27~29cN.tex-1,马克隆值主要分布在4.0~5.0,可以满足纺织工业纺中、低档棉纱的要求。各纤维品质指标在年度间有波动。按生态区划分,长江流域棉区棉花纤维在长度、整齐度、比强度等指标上优于黄河流域棉区和西北内陆棉区,但马克隆值偏高,色泽特征差,品级较低。黄河流域棉区的棉花纤维在长度、整齐度、比强度、马克隆值、色泽特征等方面处于其它两个棉区之间。西北内陆棉区的马克隆值和色泽特征最好,品级较高。统计分析表明,长度与比强度之间的相关系数r=0.7156,呈高度正相关;整齐度指数与比强度之间的相关系数r=0.5300,呈中度正相关;纺纱均匀性指数与长度、整齐度、比强度均呈高度正相关。与国际乌斯特公报进行比较,中国“十五”期间棉花纤维综合品质达到国际中等质量水平。     

棉纤维发育相关转录因子的研究进展

 转录因子在棉纤维细胞分化发育过程中起重要的调节作用。近年来已经有多个与棉纤维发育相关的转录因子被研究报道,主要包括MYB、HD-ZIP、MADS、TCP等家族成员,其中研究最为广泛的为MYB类转录因子。GL1类的MYB转录因子和MIXTA类的MYB转录因子通过不同的调控方式参与对棉纤维细胞发育的调控。对这些转录因子的深入研究,对于揭示棉纤维细胞分化发育的分子机理具有重要的意义。本文就这方面的研究进展作一简要概述。     

彩色棉纤维发育过程中超分子结构变化与纤维品质的关系

以棕絮1号、新彩棉1号、陇绿棉2号、绿1-4560和普通白色棉对照品种鲁棉研28为试验材料,利用X-射线衍射技术,研究了彩色棉纤维发育过程中纤维品质与超分子结构的动态变化规律及它们之间的关系,旨在探寻彩色棉纤维品质差的原因。结果表明,各供试品种的最终棉纤维长度、3.2mm隔距比强度、成熟度及马克隆值均表现为白色棉鲁棉研28棕色棉棕絮1号和新彩棉1号绿色棉陇绿棉2号和绿1-4560;相应的横向晶粒尺寸均随纤维发育进程不断增大,取向参数逐渐减小(优化),但不同品种间存在差异。与白色棉鲁棉研28相比,棕色棉棕絮1号和新彩棉1号纤维的横向晶粒尺寸初始值低,日增幅偏大,终止值略低;取向参数初始值低,日变幅小,终止值偏高;绿色棉陇绿棉2号和绿1-4560纤维的横向晶粒尺寸初始值低,日增幅小,终止值偏低;取向参数初始值高,日变幅小,终止值高。相关分析显示,彩色棉纤维的横向晶粒尺寸与3.2mm隔距比强度密切相关(r=0.89621*),ψ角和φ角与3.2mm隔距比强度、成熟度、马克隆值呈显著负相关(r=-0.93816*～-0.90233*),α角与纤维长度极显著负相关(r=-0.97314**)。表明彩色棉纤维品质差与纤维发育过程中横向晶粒尺寸初始值和终止值低及取向参数终止值高,进而影响纤维3.2mm隔距比强度、成熟度、马克隆值和纤维长度有关。