棉花酰基辅酶A结合蛋白(ACBP)家族基因的发掘及在非生物胁迫抗性中的功能鉴定

酰基辅酶A结合蛋白(ACBP)家族基因在植物正常生长发育、响应逆境胁迫及生物膜修复等方面具有重要作用。本研究基于陆地棉(Gossypium hirsutum)遗传标准系TM-1基因组序列信息,鉴定并获得21个棉花ACBP家族基因成员的全序列和染色体定位等信息。聚类分析表明这21个基因分属于I~IV类。依据与拟南芥的同源性,将棉花ACBP家族基因命名为GhACBP1~GhACBP6等6大亚类。转录组分析表明,该家族基因在不同组织、不同发育时期表达差异较大。不同逆境诱导分析表明,GhACBP1、GhACBP3和GhACBP6显著受盐、旱、低温、高温逆境胁迫诱导,而GhACBP4和GhACBP5对逆境胁迫响应不强烈。进一步分析表明,GhACBP3和GhACBP6的表达受过氧化氢(H2O2)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、脱落酸(ABA)和乙烯(ET)的诱导。病毒诱导的基因沉默(VIGS)试验表明,沉默GhACBP3和GhACBP6亚类基因会降低棉花植株对干旱和盐的耐性。目标基因沉默后,植株干物质积累下降,株高变矮,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性降低,丙二醛(MDA)含量升高,表明GhACBP3和GhACBP6在棉花抗旱、耐盐中发挥作用。研究为利用ACBP家族基因进行棉花抗逆性研究及应用提供参考。     

一个棉花GDSL脂肪酶基因的克隆与功能分析

GDSL脂肪酶与GXSXG脂肪酶是2个重要的脂肪酶亚家族。其中, GDSL家族脂肪酶具有水解酶活性, 能水解多种酯类物质。本试验根据新乡小吉无绒无絮(XinWX)和无绒有絮(XinFLM)近等基因系纤维起始期29K芯片竞争杂交结果, 选择了一个在纤维起始期具有极显著表达差异的EST序列(GenBank登录号为DR458916), 以该序列信息为探针, 利用电子克隆方法并进行cDNA及基因组全长基因PCR扩增、测序验证, 克隆获得一个陆地棉GDSL脂肪酶基因(GhGDSL;GenBank登录号为KC186125)。该基因ORF长1065 bp, 编码354个氨基酸, 含有5个外显子和4个内含子。该基因在二倍体棉种基因组中含一个拷贝, 在四倍体棉种基因组中含2个拷贝。序列比对显示该基因在四倍体棉种的2个亚组中独立进化, 且D亚组比A亚组变异大。染色体定位显示该基因2个拷贝分别位于A4 (Chr. 4)和D4 (Chr. 22)染色体上。定量RT-PCR结果表明, GhGDSL在开花后3~10 d的纤维组织中表达量高, 其中在海7124中表达高峰在8DPA, 在TM-1中表达高峰从5DPA持续到10DPA。利用[(TM-1×Hai7124)×TM-1]的BC₁S₁群体开展GhGDSL功能与纤维、种子品质性状关联分析, 发现该基因A亚组的拷贝与种子脂肪含量存在显著相关(P=0.048);D亚组的拷贝与种子蛋白含量存在极显著相关(P=0.008)。推测GhGDSL基因功能与种子中脂肪、蛋白代谢相关, 同时也参与纤维伸长过程。     

陆地棉纤维品质相关QTL定位研究

 【目的】以湘杂棉2号和中棉所28两个具有共同亲本的陆地棉强优势杂交种的F2为作图群体,构建覆盖率较高的遗传图谱,发掘稳定的纤维品质相关QTL,为标记辅助选择提供依据。【方法】利用SSR标记和JoinMap3.0软件构建陆地棉连锁图,利用Win QTLCart 2.5的复合区间作图法分别对2群体6个纤维品质相关性状在F2和F2:3中进行QTL定位。【结果】利用包含245个多态位点、全长1 847.81 cM的遗传图谱检测纤维品质QTL。中棉所28群体在多环境平均值的联合分析中检测到22个QTL,三环境分离分析中检测到39个QTL;湘杂棉2号群体分别检测到18个和51个QTL。在A3、D2、D9等染色体上有QTL成簇分布现象,并在2个群体中发现一些不受环境影响,稳定遗传的QTL。纤维长度、纤维强度、麦克隆值和伸长率4个性状在2个群体中发现有8对共同QTL。【结论】这些稳定遗传的QTL可以用于分子标记辅助纤维品质改良的育种选择。     

与棉纤维发育相关基因GhSAMS、GhNLP的克隆、鉴定与定位

 【目的】克隆陆地棉纤维伸长发育相关的基因,并做初步功能验证。【方法】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的胚珠纤维复合体为探针,通过基因芯片筛选优质材料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。【结果】测序结果表明,两个cDNA均为完整的基因序列,分别命名为GhSAMS（GenBank登录号：EF643509）,GhNLP（GenBank登录号：EF643508）。RT-PCR分析表明：开花后4 d,GhSAMS、GhNLP在陆地棉李氏野生型li1li1纤维中的表达量低于无纤维突变Li1li1。Southern杂交结果表明两个基因在陆地棉基因组中都存在少数拷贝。利用本实验室陆地棉遗传标准系TM-1和海岛棉海7124培育的140个BC1作图群体,将GhSAMS和GhNLP分别定位在染色体14（D2）和19（D5）上。【结论】克隆了两个棉纤维伸长发育相关基因GhSAMS和GhNLP,推测其高表达阻止纤维伸长生长,为进一步分析功能和用于分子育种打下基础。     

陆地棉分子标记辅助轮回选择聚合育种研究 Ⅳ．纤维比强度选择效果及对其他品质性状的影响

为了改良现有陆地棉栽培品种的纤维品质，通过MAS M2、M1，表型选择P2、P1，分子标记结合表型选择MP1、MP2群体和基础群体C0，经两年的研究比较发现，第二轮标记选择群体M2的比强度均高于其他群体，选择响应值达正值。在两轮选择中，均是标记选择高于表型选择。利用本实验室筛选的2个与纤维比强度主效QTL位点连锁的分子标记对     

分子标记辅助选择聚合棉花Rf1育性恢复基因和抗虫Bt基因

胞质雄性不育恢复系0-613-2R与转Bt基因抗虫棉R019(轮回亲本)杂交、回交产生BC2群体。利用CMS恢复基因Rfl紧密连锁的3个SSR标记和Bt基因的PCR标记开展分子标记辅助选择培育聚合有Rfl和Bt的转基因抗虫棉恢复系。在分析的59个BC2单株中55株存在恢复基因标记，54株存在Bt基因；综合标记分析结果，共获得54个同时具Rfl与Bt基因的聚合单株；这些聚合单株自交后，通过标记辅助选择，获得10株含Bt基因且Rfl纯合的单株。为棉花优良恢复系的快速培育提供了重要基础。     

一个新的棉花腺体形成基因的遗传鉴定

湘X9628陆地棉突变体具有植株有腺体、种子低棉酚的特性。种子棉仁中的棉酚含量为0.0354%,低于国家标准。它的种子无腺体,当种子萌发后,长出的真叶有腺体,但比常规陆地棉品种少。遗传分析表明,控制湘X9628植株有腺体、种子低棉酚特性由二对重叠隐性基因所控制。等位性测验表明,其中一对基因是gl2的等位基因,另一对是gl     

陆地棉与毛棉杂种性状遗传学和细胞学研究

本文研究了陆地棉与毛棉棉种间杂种后代的主要形态特征及Ｆ１花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体的行为。结果表明：杂种Ｆ１植株营养生长和生殖生长均旺盛；毛棉的高强纤维性状在杂种早代得到表达，可望通过轮回选择提高现有陆地棉品种的纤维强度；杂种Ｆ１花粉母细胞减数分裂时染色体配对正常，其后代不育原因可能由生理因素不协调造成；杂种后代短日照性强；陆地棉与毛棉亲缘关系比较近，仅在部分染色体间发生分化，存在染色体结构上的差异。     

我国棉花主栽品种的RAPD指纹图谱研究

利用ＲＡＰＤ技术，对我国９个棉花主栽品种基因组进行ＤＮＡ片段扩增，以研究棉花不同栽培品种的指纹图谱。结果表明：１８个不同的随机引物中有１３个扩增出多态性ＤＮＡ片段，其中１个引物（ＯＰＰ－０９）可使每一品种具有其自身的特征谱带，展示了ＲＡＰＤ技术可从ＤＮＡ水平上鉴别我国现有棉花推广品种的分子差异，用它鉴定品种纯度是可行的。     

棉纤维发育重要基因FbL2A的SNPs研究及定位

利用PCR技术在7个四倍体棉种(Gossypium hirsutum L.和G.barbadense L.)和2个二倍体祖先棉种(G. herbaceum L.和G. richmondii U.)中扩增出棉纤维发育重要基因FbL2A, 分析了不同材料间存在的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)。根据TM-1和海7124两个材料中FbL2A基因的测序结果, 采用NEBcutter软件分析, 选择BstUⅠ内切酶酶解扩增产物, 利用Mapmaker v3.0b作图软件将FbL2A基因定位到第14染色体。另对该基因在4个陆地棉高强纤维品系间的SNPs位点进行了分析，发现编码区的SNPs位点中存在非同义突变，可能与陆地棉纤维品质等表型相关。