棉花QTL定位及MAS育种进展与展望

近年来,随着现代分子生物学及统计分析方法的快速发展,育种工作者已定位了许多作物的重要性状QTLs.同时,基于QTL定位的标记辅助选择(MAS),已成为当前作物分子育种研究的热点.综述了近年来棉花重要性状包括产量、纤维品质、抗性、形态、生理、早熟性等QTL定位最新进展,以及标记辅助选择在一些性状上的初步应用,并对其发展前景进行展望.     

国审棉花新品种百棉1号

百棉1号是河南科技学院以百农8602作母本与双价抗虫棉新品系新3313作父本杂交．后代经在枯、黄萎病混生重病地系谱选育而成的棉花新品种。2006年获得农业植物新品种保护（公告号：CNA003055E）：2009年通过国家农作物品种审定委员会审定f国审棉20090031．同年获得转基因生物生产应用安全证书（证书号：农基安证字（2008）第151号）。适宜在山东、河南、河北等黄河流域棉区及新疆棉区推广种植。     

短期水分亏缺对百棉1号苗期生理特性的影响

以抗旱品种中棉所12为对照,研究了短期干旱胁迫时百棉1号苗期叶片可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量以及过氧化物酶活性的变化规律。结果表明,随着干旱胁迫的加强,百棉1号叶片中可溶性蛋白含量在第4d出现峰值,可溶性糖含量在样品处理4d后开始线性上升,脯氨酸、丙二醛含量均表现为处理2d后开始线性增加,过氧化物酶活性在处理4d后开始迅速增加,并在第8d达到峰值,然后维持高活性水平。     

陆地棉纤维发育中的生理生化指标研究

以陆地棉(Gossypium hirsutumL.)品种百棉1号、中棉所41(对照)的棉纤维整个发育过程为主要研究对象,对棉纤维细胞发育中的可溶性蛋白质、可溶性糖、纤维素、POD和CAT等进行了研究,探讨其与棉纤维发育之间的关系,结果表明,可溶性蛋白质、CAT和POD抑制纤维伸长,促进纤维加厚发育,而可溶性糖与其作用不同,促进纤维伸长,脱水成熟期可溶性糖含量低则表明纤维强度较好,纤维素均匀沉积有利于高比强度纤维的形成。研究可为棉花优质高产栽培提供理论依据。     

陆地棉杂交F_2代主要农艺性状与皮棉产量的关系分析

分别对2个陆地棉组合百棉1号×TM-1和百棉1号×中棉所12的杂交F2代进行了主要农艺性状与皮棉产量的关系分析。结果表明:除主茎节间长度与皮棉产量在不同组合中表现出正负相关的明显差异外,其他性状与皮棉产量均呈显著或极显著正相关。2个组合中,株高、总果节数、有效果枝数、单株铃数、铃重、衣分与皮棉产量的相关系数、偏相关系数、直接通径系数均为正值,对这些性状直接选择是有效的;总果枝数、主茎节间长度与皮棉产量的偏相关系数和直接通径系数虽均为负值,但总果枝数可通过单株铃数对皮棉产量起较大促进作用,主茎节间长度可通过单株铃数或株高对皮棉产量起较大促进作用。经回归分析,不同组合单株铃数、铃重和衣分均对皮棉产量有正向显著影响,主茎节间长度、总果节数和总果枝数对皮棉产量的正向影响因不同组合存在差异,进一步明确了棉花产量育种的主攻方向。     

棉花银染mRNA差异显示体系优化研究

mRNA差异显示技术(DDRT-PCR)是分离差异表达基因的有效方法。以陆地棉组织培养过程中不同时期愈伤组织为材料,对RNA提取、PCR反应体系、银染条件等影响mRNA差异显示的关键因素进行优化试验,建立了一套适合棉花组织培养的mRNA差异显示体系。最终确定了优化体系(50μL)为:随机引物0.4μmol/L,锚定引物0.4μmol/L,dNTP 250μmol/L,Mg2+1.5 mmol/L,Taq酶1.5 U,退火温度为39.3℃。利用优化后的体系对材料进行扩增,扩增产物特异性好、条带清晰、背景干净。该体系简便、快捷、灵敏、高效,可用于分离差异表达基因。     

陆地棉Pht1家族成员的全基因组鉴定及表达分析

【目的】磷是植物三大必需矿质元素之一,对植物的生长发育至关重要。Pht1家族的磷酸盐转运蛋白在植物磷吸收和转运方面具有重要作用,然而关于该基因的系统研究工作尚很少开展。本研究旨在进行Pht1家族成员全基因组鉴定和表达模式分析。【方法】通过生物信息学的方法对陆地棉Pht1家族成员的基因结构、编码蛋白质的结构、染色体定位、基因复制和表达情况等进行全面分析。【结果】(1)在陆地棉的基因组中共鉴定到17个磷酸盐转运蛋白基因(GhPT),其中A亚组包含8个GhPT,D亚组包含9个GhPT;(2)棉花GhPT蛋白之间序列相似性很高,并均具有12个疏水的跨膜区域;(3)进化分析表明这些GhPT蛋白主要聚为2大组(GroupⅠ和GroupⅡ),位于同一组的GhPT的编码基因大部分具有相似的内含子/外显子分布模式;(4)17个GhPT基因不均匀分布在A亚组和D亚组中的5条染色体上,串联复制和片段复制可能导致GhPT基因在陆地棉中的扩增;(5)表达模式分析表明,GhPT6和GhPT14在根中表达量最高,且同时响应低磷和低钾胁迫诱导并上调表达。【结论】这些结果将有助于深入了解Pht1家族基因的功能及离子信号途径相互作用的分子机制。     

不同生态环境对陆地棉杂交F2代主要农艺性状的影响

在黄河流域棉区的河南新乡(环境Ⅰ)和西北内陆棉区的新疆石河子(环境Ⅱ)两种不同的生态环境下,对陆地棉杂交F2代的主要农艺性状进行了变异系数、相关、通径和回归分析。结果表明:两种环境性状的变异系数皮棉产量和单株铃数均最大,生育期均最小,铃重、籽指和衣分存在较大差别。两种环境各性状间的相关不尽一致,单株铃数与衣分、衣指、籽指,衣分与衣指,皮棉产量与始节高度、衣分、籽指间均表现出正负相关的明显差别。两种环境株高、总果枝数、单株铃数、铃重和衣指与皮棉产量的相关系数和直接通径系数均为正值,对这些性状直接选择是有效的;衣分在环境Ⅱ与皮棉产量的相关系数和直接通径系数虽均为负值,但可通过衣指对皮棉产量有较大促进作用;一些性状与皮棉产量的相关系数和直接通径系数均为负值,对其选择应控制在一定的范围内。回归分析进一步明确了环境Ⅰ中株高、单株铃数和衣指对皮棉产量有显著影响,环境Ⅱ中生育期、总果枝数、单株铃数和铃重对皮棉产量有显著影响,为棉花产量的生态穿梭育种明确了主攻方向。     

短季棉早熟及相关性状的QTL定位北大核心CSCD

短季棉育种是缓解我国当前粮棉争地矛盾、实现粮棉双丰收的有效途径。研究短季棉早熟及相关性状的遗传,寻找与其相关基因紧密连锁的分子标记对于短季棉育种具有重要意义。以百棉2号×TM-1组合构建的F2为作图群体,利用SSR标记构建遗传连锁图,采用复合区间作图法对短季棉早熟及相关性状在F2群体中进行QTL定位,构建了一张含152个SSR标记、40个连锁群、总长1010.3cM、覆盖棉花基因组的22.6%、标记间平均距离为5.91cM的短季棉分子标记遗传连锁图谱,得到的40个连锁群已定位到相应的21条染色体上,为短季棉分子遗传图谱进一步饱和奠定了良好的基础;检测出22个控制早熟及相关性状的QTL,其中检测到的主效QTL可用于短季棉标记辅助选择育种。     

棉花光合基因GhRCAα启动子的克隆及活性分析

为了克隆棉花Rubisco活化酶基因(RCA)启动子,研究其表达调控的分子机制,以百棉1号为材料,对GhRCAα启动子区2 000 bp的片段进行克隆、顺式作用元件分析以及活性分析,结果表明,许多重要的顺式作用元件包括响应于光、生物钟、逆境胁迫、植物激素以及其他的基本顺式作用元件特异地存在于GhRCAα启动子区;进一步对GhRCAα进行表达特性分析发现,该基因在光合作用进行的主要位置叶片中表达量最高,在其他组织表达量很低,其表达具有组织特异性,这与该启动子区存在许多光响应及组织特异性表达相关元件的结果相一致;将克隆的GhRCAα启动子片段以烟草叶片为受体材料进行瞬时表达分析表明,GhRCAα启动子可以驱动GUS基因的表达,表明克隆的启动子片段具有驱动目标基因表达的活性。克隆的GhRCAα启动子可能是一种组织特异型启动子,有望用于植物的遗传转化,进而更好地调控重要基因的特异性表达。