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本期目录
2019年 第31卷 第3期 刊出日期:2019-05-15
  
    研究与进展
    四倍体棉花GAE基因家族的鉴定及其在棉纤维发育中的表达分析
    张松雨, 王敬敬, 刘正文, 张艳, 杨君, 马峙英, 王省芬
    棉花学报. 2019, 31(3):  169-181.  doi:10.11963/1002-7807.zsywsf.20190412
    摘要 ( 65 )   PDF (5578KB) ( 73 )  
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    【目的】通过对陆地棉及海岛棉GAE基因家族进行全基因组分析,为深入研究GAE基因家族在棉纤维发育中的功能提供理论依据。【方法】利用生物信息学分析软件,对GAE基因家族进行全基因组鉴定,根据转录组数据分析在纤维发育过程中的表达规律。【结果】陆地棉GhGAE家族包含21个成员,海岛棉GbGAE家族有22个成员,分为3个亚组,多数GhGAEsGbGAEs基因没有内含子,共分布在12条染色体上。GAE氨基酸序列保守基序有4个,保守性较强,且GAE蛋白均定位于高尔基体膜。根据GAEs在陆地棉、海岛棉纤维发育不同时期的表达变化,将其分为纤维起始期高表达、纤维伸长期高表达、次生壁增厚期高表达、全时期低表达4类模式。其中GhGAE01GhGAE02GhGAE11、GhGAE12在陆地棉中高水平表达,GbGAE01、GbGAE02、GbGAE11、GbGAE12在海岛棉中高水平表达,推测这些基因可能在纤维发育过程中发挥着重要作用。【结论】上述结果为研究GAE基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。
    棉花磷胁迫响应基因GhWRKY6克隆及功能分析
    李智, 韩笑, 张一豪, 马峙英, 杨召恩
    棉花学报. 2019, 31(3):  182-191.  doi:10.11963/1002-7807.lzyze.20190420
    摘要 ( 46 )   PDF (5018KB) ( 31 )  
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    【目的】提高棉花在低磷胁迫下的抗性,挖掘棉花磷胁迫相关功能基因。【方法】用生物信息学方法分析GhWRKY6基因的结构特征和进化关系;构建基因超表达载体转化拟南芥,分析转基因拟南芥在低磷胁迫下的抗性;利用荧光定量PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction, qRT-PCR)分析拟南芥中磷信号途径Marker基因表达量的变化。【结果】以陆地棉cDNA为模板克隆得到GhWRKY6基因,生物信息学分析表明该基因序列含有一个WRKY保守结构域,是WRKY家族转录因子。在低磷胁迫下,转基因拟南芥与野生型相比,种子萌发速度、主根长度、侧根数目、生物量均低于野生型,而在正常生长条件下两者并无差别。qRT-PCR分析表明GhWRKY6能够影响关键的磷转运蛋白基因的表达。【结论】GhWRKY6作为一个负调控因子参与到植物低磷胁迫响应信号途径中。
    陆地棉衣分性状的主基因-多基因遗传分析
    龚举武, 刘爱英, 李俊文, 姜骁, 段丽, 葛群, 邓晓英, 巩万奎, 石玉真, 商海红, 陈全家, 耿洪伟, 袁有禄
    棉花学报. 2019, 31(3):  192-200.  doi:10.11963/1002-7807.gjwyyl.20190416
    摘要 ( 31 )   PDF (755KB) ( 14 )  
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    【目的】衣分是决定棉花产量的重要因素之一,有关其遗传研究相对较少,解析衣分性状遗传的特点,明确不同环境下衣分对产量形成的贡献机制。【方法】以国审优质棉中棉所70为基础构建的250个RIL(Recombinant inbred lines)群体,在黄河流域、长江流域和西北内陆棉区9个环境下对该RIL群体及其亲本进行了表型鉴定,并利用主基因+多基因混合遗传模型综合研究衣分性状遗传变化特点。【结果】母本sGK中156衣分性状在9个环境下均大于父本901-001,RIL群体衣分分布范围为33.91%~40.18%,平均为38.01%,表现为双向超亲,偏度和峰度绝对值都小于1.0,呈正态分布,变异系数为5.36%~8.17%;不同环境下衣分表现为西北内陆棉区>黄河流域棉区>长江流域棉区的趋势;遗传模型是以2~4对主基因或2对主基因+多基因遗传控制,主基因遗传率在1.26%~83.13%,多基因遗传率在27.35%~90.83%,主基因+多基因遗传率在92.00%~99.35%,一般情况下衣分是以2对主基因+多基因遗传为主,在2015年河南安阳、2016年河南安阳和2016年山东临清环境下以2~4对主基因遗传,遗传效应较高,在2015年河南安阳环境下最多检测到4对主基因的存在。【结论】衣分性状主基因+多基因遗传率大于90%,结果有助于进一步阐明优质棉中棉所70产量性状衣分的遗传特征,为不同生态区条件下相互引种和推广提供科学依据,为提高棉花产量、农民增收、QTL定位和高衣分品种选育提供理论基础。
    光合作用信号途径调控陆地棉矮化的机理研究
    屠小菊, 汪启明, 谢陈灵, 李咏宇, 李瑞莲, 刘爱玉
    棉花学报. 2019, 31(3):  201-209.  doi:10.11963/1002-7807.txjlay.20190417
    摘要 ( 47 )   PDF (1274KB) ( 22 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    【目的】了解光合作用信号途径基因调控陆地棉矮化的机理。【方法】以现蕾期陆地棉矮化突变体LA-1及其近等基因系LH-1茎尖为材料,通过同位素标记相对和绝对定量(Isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ)结合液相质谱串联(LC-MS/MS)的定量蛋白质组学技术及定量反转录-聚合酶链式反应(Quantitative reverse-polymerase chain reaction, qRT-PCR)技术,分析两种材料中蛋白水平及mRNA水平基因表达情况,并通过生理生化方法检测两种材料光合能力差异。【结果】光合作用信号途径差异表达蛋白PsbO、PsaE、PsaH、PetF-1、PetF-2在LA-1中表达量下调,PetC和delta表达量上调。mRNA水平,除delta基因在两种材料中表达量无显著差别外,其它基因与蛋白水平具有同样的表达趋势。现蕾后,LA-1的净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)显著小于LH-1,蒸腾速率(Tr)极显著小于LH-1,而胞间CO2浓度(Ci)无显著差异。与LH-1相比,LA-1的实际光化学效率(YII)、光系统 II(PS II)的潜在活性(Fv/F0)显著减少,叶绿素荧光非光化学猝灭(NPQ)显著增大。【结论】陆地棉矮化突变体LA-1的矮化与光合作用信号途径存在相关性,为进一步研究LA-1矮化的分子机理及棉花的矮化育种提供基础。
    Bacillus malacitensis Z-5菌株合成抑菌物质培养基优化及成分鉴定
    高宇, 陈尧尧, 刘忆杰, 陈晓萌, 高同国, 张冬冬
    棉花学报. 2019, 31(3):  210-219.  doi:10.11963/1002-7807.gyzdd.20190421
    摘要 ( 10 )   PDF (3166KB) ( 5 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    【目的】Bacillus malacitensis Z-5菌株对棉花黄萎病有显著防治效果,产生抑菌物质是其发挥防治作用的主要因素。本研究旨在优化Z-5菌株产生抑菌物质的培养基组成,分析抑菌物质的成分及其合成相关基因。【方法】由单因素试验确定最佳碳源、氮源及无机盐,利用最速上升法确定碳源、氮源以及无机盐最优含量区域,根据Box-Behnken试验设计,以发酵上清液对棉花黄萎病菌大丽轮枝菌(Verticillium dahlia Kleb.)的拮抗活性为指标,筛选Z-5菌株产生抑菌物质的最优培养基组成。利用液相色谱-质谱联用(Liquid Chromatography-Mass Spectrometer,LC-MS)法鉴定抑菌物质,并对抑菌物质合成相关基因进行检测。【结果】Z-5菌株产生抑菌物质最佳培养基组成为2.68%(质量分数,下同)玉米粉、1.45%酵母粉、0.03% K2SO4、0.8% Na2HPO4·12H2O、0.2% NaH2PO4·2H2O(pH 7.2~7.4),抑菌圈直径为1.34 cm,与预测值相近,证实该模型可靠有效。抑菌物质主要为脂肽抗生素C14表面活性素B,C14~C17伊枯草菌素A,C14、C15、C17伊枯草菌素B等。聚合酶链式反应检测结果显示,Z-5菌株基因组含有合成脂肽抗生素的基因srfAB、ituCituD。【结论】本研究优化了Z-5菌株产生抑菌物质的培养基组成,明确了其抑菌物质为脂肽抗生素,为利用该抑菌物质进行棉花黄萎病菌的防治提供了理论参考和物质基础。
    陆地棉无绒突变体miRNA的鉴定及其靶标基因分析
    王金金, 马启峰, 倪志勇, 范术丽
    棉花学报. 2019, 31(3):  220-232.  doi:10.11963/1002-7807.wjjfsl.20190515
    摘要 ( 14 )   PDF (3407KB) ( 9 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    【目的】棉花纤维突起影响纤维的产量和品质,挖掘纤维起始相关的小RNA及其靶基因对于研究纤维起始机制至关重要。【方法】本研究以新乡小吉的野生型(Wild type,WT)及其无绒有絮突变体(Fuzzless mutant,FLM)开花当天的胚珠为材料,构建6个小RNA文库并进行高通量测序,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)基因组序列作为参考。【结果】共发现459个miRNA,包括301个保守的miRNA和158个新miRNA。共得到13个差异表达的miRNA,预测并分析了它们的靶基因。通过对靶基因的生物信息学分析结果显示,预测的这些靶基因侧重于编码HD-ZIP(Homeodomain-leucine zipper)、GRAS(Gibberellic acid insensitive,Repressor of GAI,Scarecrow)、AP2(APETALA2)家族的转录因子,功能集中在转录和转录后调控阶段。对靶基因进行Gene Ontology(GO)注释发现,它们参与细胞分化、花药发育、花器官发育等生物学过程。随机选出4个miRNA进行荧光定量PCR验证,结果证实了测序数据的可靠性。【结论】miRNA通过负调控靶标转录因子和激素相关基因来影响纤维细胞的起始发育。
    植物生长促进剂对赣北移栽棉生长发育及产量的影响
    张允昔, 夏绍南, 杨茅难, 李永旗, 张丽娟, 谢业涛, 李直兴, 董合林
    棉花学报. 2019, 31(3):  233-241.  doi:10.11963/1002-7807.zyxdhl.20190421
    摘要 ( 42 )   PDF (651KB) ( 17 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    【目的】明确叶面喷施6种植物生长促进剂对赣北移栽棉生长发育的影响,筛选出对棉花增产效果好的类型在赣北植棉区棉花生产上推广应用。【方法】在赣北育苗移栽植棉模式下,利用萘乙酸、赤霉素、细胞分裂素、芸苔素、复硝酚钠和胺鲜酯于棉花苗期(三叶期)、现蕾期、开花期和盛花期喷施,研究其对棉花生长发育的影响。【结果】细胞分裂素和复硝酚钠在棉花前中期对生长的促进作用明显,且复硝酚钠表现盛花结铃期成铃速度快;胺鲜酯对棉花生长的促进作用前后期保持较好的态势,单株叶面积系数、单株鲜物质质量和干物质质量均最大;芸苔素在棉花受到不良环境的伤害后可增强棉株的抗逆能力,明显提高铃重和产量;萘乙酸虽然对棉花前中期生长发育影响小,但最终增产效果还较好;赤霉素对棉花后期生长不利,棉花表现个体小、铃重略降低;芸苔素+胺鲜酯不及各自单用效果好。【结论】6种植物生长促进剂在赣北育苗移栽植棉模式下,于棉花苗期、现蕾期、开花期和盛花期叶面喷施,对棉花生长发育均有促进作用,可提高籽棉产量2.43%~10.04%,建议棉花苗期和蕾期叶面喷施细胞分裂素或复硝酚钠,花铃期叶面喷施芸苔素或胺鲜酯。
    施氮量对低肥力棉田土壤氮素及棉花养分吸收利用影响
    秦宇坤, 李鹏程, 郑苍松, 孙淼, 刘帅, 董合林, 徐文修
    棉花学报. 2019, 31(3):  242-253.  doi:10.11963/1002-7807.qykxwx.20190430
    摘要 ( 395 )   PDF (1953KB) ( 17 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    【目的】研究黄河流域低肥力棉田施氮量对棉花产量、养分吸收利用率、土壤速效氮及脲酶活性的影响。【方法】以中棉所79为材料,设置6个施氮量处理( 0、90、180、270、360、450 kg· hm-2 ,分别以N0、N90、N180、N270、N360、N450表示 ),于2016和2017年进行连续两年大田试验。测定棉花产量、干物质质量、氮磷钾积累量、氮肥利用率、0―100 cm土层铵态氮及硝态氮含量、0―100 cm土层脲酶活性等指标。【结果】(1)与N0相比,除2016年N90处理外,其余施氮处理均显著提高籽棉产量。两年N360处理显著提高了棉花单株成铃数,籽棉产量与其它施氮处理间无显著差异。施氮对棉花衣分无显著影响。(2)与N0相比,施氮显著提高棉花干物质积累量。施氮90~360 kg·hm-2,棉花氮、磷、钾积累量随施氮量的增加而增加,N450处理氮、磷、钾积累量较N360处理下降。随着施氮量增加,棉花氮农学利用率、氮肥偏生产力降低;当施氮量超过360 kg·hm-2,氮生理利用率开始降低,但各处理间差异不显著。(3)除N90处理外,其余各处理41―80 cm土层NO3--N含量较N0显著提高;N270、N360、N450处理41―80 cm土层NO3--N含量显著高于N0、N90和N180处理;施氮对土壤NH4+-N含量无显著影响。(4) 施氮0~360 kg·hm-2,土壤脲酶活性随施氮量增加而增强;超过360 kg·hm-2,土壤脲酶活性下降。【结论】氮肥经济最佳施氮量为277.0 kg·hm-2。当施氮量超过360 kg·hm-2时,棉花养分积累量降低,土壤NO3--N含量升高,土壤脲酶活性受到抑制,氮肥利用率降低,棉花增产效果不明显。
    基于RIL群体鉴定棉花抗黄萎病相关QTLs
    鲁宁宁, 赵云雷, 王红梅, 陈伟, 赵佩, 龚海燕, 崔艳利, 桑晓慧, 张凯
    棉花学报. 2019, 31(3):  254-262.  doi:10.11963/1002-7807.lnnwhm.20190515
    摘要 ( 34 )   PDF (1061KB) ( 11 )  
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    【目的】鉴定出能够稳定表达的棉花抗黄萎病相关数量性状位点(Quantitative trait loci,QTLs)。【方法】以抗落叶型黄萎病棉花品种常抗棉和感黄萎病品种TM-1为亲本配制的111个重组自交系家系为作图群体,筛选出多态性简单序列重复(Simple sequence repeat,SSR)标记,并用于构建遗传图谱。用完备复合区间作图法对该群体在安阳大田、新疆重病地及病圃等多个环境下的黄萎病病情指数进行QTLs检测。【结果】构建了1张含有12个连锁群、40个标记、总长212.5 cM(厘摩)的遗传图谱。获得了6个与抗黄萎病基因相关的QTLs,对数优势比(Logarithm of the odd score,LOD)分布在2.51~5.55,贡献率最大为20.34%,最小为6.93%。其中,qVR-D05-1能够在安阳大田2015年7月15日和新疆南疆重病地2016年7月9日2个环境中检测到,贡献率分别为12.96%和20.34%。【结论】本研究得到的qVR-D05-1能够为定位出稳定的棉花抗黄萎病相关QTLs提供参考。