2016年, 第28卷, 第5期　刊出日期：2016-09-15

  

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研究与进展
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  棉花MAPKs家族成员的聚类分析

  郭慧敏, 翟伟卜, 张珊珊, 郭安慧, 张文蔚, 简桂良, 段江燕, 齐放军

  棉花学报. 2016, 28(5): 425-433. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605001

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  MAP激酶(促分裂原活化蛋白激酶)级联信号通路(MAPKs)由3种级联磷酸化的蛋白激酶MAPKKK、MAPKK和MAPK组成，在调控植物的生长发育、胁迫响应及抗病反应等过程中都起重要作用。为了全面了解棉花MAPK、MAPKK、MAPKKK家族各成员间的关系，进而研究和揭示MAPKs在棉花抗病、抗逆中的作用，利用已公布的雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据，并从NCBI数据库中收集陆地棉的MAPKs氨基酸序列，运用生物信息学的方法对棉花(陆地棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉)MAPK、MAPKK和MAPKKK家族的氨基酸序列进行了同源比对和聚类分析。结果表明：棉花MAPK家族具有特征性结构TEY磷酸化位点或TDY磷酸化位点，依据其氨基酸序列可划分为A、B、C和D族，其中TEY类包含A、B和C族，TDY类只包含D族；棉花MAPKK家族具有特征性保守区域S/T-X5-S/T和活性部位基序D(I/L/V)K，并依据其氨基酸序列也可将其划分为A、B、C和D族；棉花MAPKKK家族具有MEKK特征性保守区域G(T/S)PX(W/Y)MAPEV和Raf特征性保守区域GTXX(W/Y)MAPE(L/V)，进而分为MEKK类和Raf类2组亚群。本研究梳理了棉花MAPKs中的MAPK、MAPKK、MAPKKK家族各成员间的关系，为进一步研究棉花MAPKs信号传导途径和揭示其在棉花抗病、抗逆中的作用提供了基础信息。
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  雷蒙德氏棉和亚洲棉TCP基因家族的生物信息学分析

  李燕, 姚金波, 陈伟, 张永山

  棉花学报. 2016, 28(5): 434-442. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605002

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  TCP基因家族是植物中特有的一类转录因子家族，涉及了植物的多种生长途径以及各种生理生化反应的信号传导。为了更好地了解TCP基因家族在雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组中的数量和分布情况等，通过生物信息学方法，在雷蒙德氏棉(D5)和亚洲棉(A2)全基因组中分别鉴定出37个TCP基因家族成员，并对TCP家族成员进行基因结构、染色体定位、保守域、进化关系等分析。结果表明，雷蒙德氏棉和亚洲棉全基因组分别编码37个TCP转录因子成员。雷蒙德氏棉30个成员基因分布在10条染色体上，亚洲棉37个成员基因分布在13条染色体上；内含子/外显子结构分析表明，TCP基因结构较为简单，大部分不含内含子；功能结构域分析，发现所有TCP转录因子具有高度保守的TCP结构域；根据结构域差异和系统发育分析的结果，将TCP基因家族分成2个亚族，进一步划分为PCF、CIN、CYC/TB1三个亚类。以上结果为进一步研究棉花TCP基因家族各成员的功能奠定一定的理论基础。
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  基于Maxent模型的棉花曲叶病在中国的适生性分析

  齐国君, 陈婷, 何自福, 吕利华

  棉花学报. 2016, 28(5): 443-451. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605003

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  棉花曲叶病是棉花上一种毁灭性的病害，其主要病原木尔坦棉花曲叶病毒（Cotton leaf curl Multan virus，CLCuMuV）已入侵我国广东、广西、海南、福建、云南和江苏等地，明确其可能的适生区域对该病毒病的科学监测和综合防控意义重大。本研究以棉花曲叶病的分布数据为基础，综合考虑其传播介体烟粉虱、中间寄主朱槿、寄主棉花的分布区域，利用Maxent模型对棉花曲叶病在中国的潜在适生区进行预测。结果表明，长江流域棉区、黄河流域棉区的大部分区域都属于棉花曲叶病的适生区，而西北内陆棉区的适生程度较低，大部分为低度适生区；其中，高度适生区主要集中在长江流域棉区的湖南、江西、浙江、安徽、江苏、湖北，此区域也适宜朱槿的种植。因此，华南地区已流行危害的木尔坦棉花曲叶病毒向北入侵到我国棉花主产区的风险极高，其中长江流域棉区将是该病害发生及防控的重点区域。
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  棉花胞质不育育性恢复候选基因载体构建及其功能初步分析

  吴焕焕, 郭立平, 戚廷香, 张学贤, 唐会妮, 王海林, 乔秀琴, 吴建勇, 邢朝柱

  棉花学报. 2016, 28(5): 452-459. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605004

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  棉花细胞质雄性不育是研究杂种优势利用和质核互作机理的理想材料。本实验对棉花细胞质雄性不育育性恢复基因ZH46-3437利用pBI121载体构建了过表达载体。同时构建了amiRNA干扰载体即amiR3437，利用病毒诱导基因沉默体系pCLCrV浸染F₁植株的子叶。转基因植株的相对荧光定量数据表明，amiR3437的相对表达量上调，而ZH46-3437的相对表达量下调，利用碘－碘化钾染色法鉴定转基因出现半不育性状，表明ZH46-3437基因可能与棉花花粉育性有关。
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  基因型和环境对陆地棉种子中7种矿物元素含量的影响

  蔡芸菲, 余恩, 赵茹冰, 黄洁琼, 何秋伶, 陈进红, 祝水金

  棉花学报. 2016, 28(5): 460-469. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605005

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  为探究基因型和环境及两者互作对棉籽中主要矿质元素含量的影响，以10个陆地棉品种在长江流域棉区10个试点的样品为研究材料，测定棉籽中7种矿质元素N、P、K、Na、Ca、Mg和S的含量，并进行相关分析。结果表明：基因型、环境及两者互作对棉籽中7种主要矿质元素含量均有极显著的影响；P含量与Mg、N与Na含量呈极显著正相关。棉籽中矿质元素含量主要受环境影响，但基因型及两者互作对其影响也不容忽视。在棉籽成熟过程中N、P、Mg同步积累，合理施用Na对棉籽矿质元素的积累有促进作用。这些结果为棉花种籽品质改良提供理论基础，并为棉花种籽的综合利用和棉花生产提供有益的借鉴。
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  棉花茎端发育长链非编码RNA的鉴定及功能预测

  王芙蓉, 乔清华, 陈鹏云, 袁哲诚, 陈煜, 樊守金, 张军

  棉花学报. 2016, 28(5): 470-477. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605006

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  长链非编码RNA (Long non-coding RNA，lncRNA)是一类长度在200 nt以上的非编码RNA。它不具备蛋白质编码功能，但在生物体中以RNA分子的形式参与众多生物过程。利用实验室前期获得的陆地棉茎尖转录组数据，鉴定了8044条lncRNA，其中3691条分布于At亚组，2852条分布于Dt亚组；通过基因组共定位、碱基互补配对等生物信息学方法对其中2227条lncRNA进行功能注释，其中1875条位于编码基因上下游，可能通过与编码基因的顺式作用元件或3’UTR区结合，在转录或者转录后水平调控基因表达；317条反义lncRNA与正义链的mRNA存在互作，通过碱基互补配对调控基因沉默、转录及mRNA的稳定性；20条lncRNA预测为microRNA的前体；5条lncRNA注释到4个lncRNA家族。功能注释表明，这些lncRNA主要参与转录调节、代谢、激素应答和信号转导等生物过程。本研究为充分利用高通量测序数据研究棉花lncRNA提供了新思路。
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  复合性状转基因棉花杀虫蛋白表达量及对4种鳞翅目害虫的抗性

  许冬, 郭建明, 丛胜波, 武怀恒, 黄民松, 王强, 万鹏

  棉花学报. 2016, 28(5): 478-484. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605007

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  为了探讨复合性状棉花在长江流域对主要鳞翅目害虫的影响，本文以转Cry1Ac+Cry2Ab2+Cp4-epsps 棉花Daiza24为材料，对其外源杀虫蛋白的时空表达及对棉铃虫、红铃虫、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾4种主要鳞翅目害虫的抗性进行了测定。结果表明：Cry1Ac杀虫蛋白在复合性状棉花Daiza24和单价抗虫棉TaiD-5的各生育期不同组织器官中均能相对稳定地高表达，除铃期叶片外2个品种无显著差异。Daiza24各生育期不同组织器官中的Cry2Ab2杀虫蛋白含量高于Cry1Ac蛋白。同时，随着棉花逐渐生长，两种杀虫蛋白在棉花繁殖器官中的含量出现逐步下降的现象。室内生物测定和田间调查结果表明，在2、3、4代棉铃虫发生盛期，Daiza24不仅对棉铃虫、红铃虫有较好的控制效果，而且对斜纹夜蛾和甜菜夜蛾等非靶标害虫也有较好的控制作用，其室内杀虫效果分别为74.81%~81.81%、76.14%~85.14%，显著高于当地主栽抗虫棉品种TaiD-5，这与其杀虫蛋白表达量基本一致。
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  TRV病毒介导的基因沉默体系在新疆陆地棉和亚洲棉中的建立

  刘慧, 于秀立, 黄先忠

  棉花学报. 2016, 28(5): 485-492. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605008

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  为研究烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus, TRV)介导的基因沉默(Virus-induced gene silencing, VIGS)技术应用的广谱性，以陆地棉(Gossypium hirsutum) CLA1为标记基因，通过构建基因沉默载体，在新陆早33和亚洲棉(Gossypium arboreum)建立了TRV-VIGS体系。半定量PCR分析表明，与对照相比，TRV侵染的新陆早33和亚洲棉中CLA1基因的表达均被有效抑制，真叶表现出明显的白化症状。同时在45份新陆中系列棉花材料中重复该体系，并且通过控制培养温度来检验温度对VIGS的影响，结果表明，当昼/夜温度分别为23 ℃/21 ℃和32 ℃/28 ℃时，不同品种的新陆中系列棉花均可以维持不同程度的白化表型。证明，TRV介导的VIGS可以用于室内研究新陆中系列棉花和亚洲棉基因功能。
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  南疆枣树￣棉花间作对土壤微生物区系及代谢熵的影响

  张亮亮, 罗明, 韩剑, 何贵伦, 徐金虹

  棉花学报. 2016, 28(5): 493-503. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605009

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  通过大田试验和实验室测定，研究南疆枣树-棉花间作对土壤微生物性状的影响。在阿克苏地区阿瓦提县巴格托拉克乡采集枣树￣棉花间作、纯枣林及单作棉田土样，测定比较细菌、放线菌和真菌三大类群微生物及氮素生理群菌群数量、微生物代谢熵的变化特征。结果表明，不同种植模式土壤微生物数量分布有明显差异。枣树￣棉花间作土壤细菌、放线菌、真菌和微生物总数总体呈现出显著低于单作棉田，降低幅度最大的位点在西侧冠下区（W80）；较纯枣林增加，增加幅度最大的是东侧冠下区(E80)。枣树-棉花间作系统比单作棉田土壤氨化细菌、硝化细菌数量有较大提高，反硝化细菌数量明显下降，氨化细菌、反硝化细菌相比纯枣林均为增加。间作系统内在枣树行的东、西两侧冠下区与近冠区及L1(0～20 cm)、L2(20～40 cm)及L3(40～60 cm)各层次土壤中的微生物数量都呈现出较大差异，具有明显的水平和垂直方向空间变异性。不同种植模式下土壤微生物代谢熵（qCO₂）依次为纯枣林＞枣树￣棉花间作＞单作棉花。不同种植模式下土壤微生物Shannon多样性、均匀度指数与微生物数量具有相似的变化特性。相关性分析表明，有机碳、全氮、碱解氮含量及pH与微生物多样性呈极显著正相关(P＜0.01)，与代谢熵则呈极显著负相关。研究结果证明，微生物群落多样性及代谢熵对间作种植模式响应灵敏，反映出枣树和棉花间作系统地下部分存在明显的竞争作用，影响土壤微生物的群落。
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  花铃期短期渍水和高温对棉花叶片光合特性、膜脂过氧化代谢及产量的影响

  杨威, 朱建强, 吴启侠, 王曾桢, 叶浩

  棉花学报. 2016, 28(5): 504-512. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605010

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  渍水和高温是长江中下游地区棉花生育中后期的主要气象灾害。2011和2012年在桶栽栽培条件下，研究了棉花花铃期功能叶光合特性、膜脂过氧化代谢对渍水（土表积水2～3 cm，7 d）、高温（7 d，每天持续6 h）及其复合胁迫的响应差异及其与产量的关系。结果表明，渍水、高温单独处理均增加了棉花主茎倒4叶超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性和丙二醛（Malonaldehyde，MDA）含量。渍水和高温共同处理导致SOD活性降低，POD活性迅速增强和MDA含量急剧增加。渍水、高温及渍水+高温均降低了叶片SPAD值、光系统II最大光化学量子产量（Maximal photochemical quantum yield of photosystem II，F_v/F_m）和潜在光化学活性（Potential photochemical activity of photosystem II，F_v/F₀）；同时降低了叶片净光合速率（Net photosynthesis rate，P_n）、气孔导度（Stomatal conductance，C_s）和蒸腾速率（Transpiration rate，T_r），增加了胞间二氧化碳浓度（Intercellular CO₂ concentration，C_i）；减少了单株成铃数，降低了铃重，进而降低了籽棉产量，而对衣分影响不明显。从产量受害程度来看，渍水+高温（23.0%）＞渍水（17.1%）＞高温（9.8%）。除C_i外，SPAD值（叶绿素含量）、P_n、T_r、C_s、F_v/F_m及F_v/F₀与产量均呈显著正相关关系，其中SPAD值与产量的相关性最好。可将功能叶SPAD值作为作物响应逆境胁迫的敏感指标，应用到棉花抗逆能力评价和气象灾害减产评估之中。
研究简报
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  中植棉2号抗黄萎病的主基因+多基因遗传特性分析

  张华崇, 张文蔚, 简桂良, 齐放军, 司宁

  棉花学报. 2016, 28(5): 513-518. https://doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201605011

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  以感病品种861为父本、抗病品种中植棉2号为母本配制杂交组合，构建6个世代群体（P₁、P₂、F₁、B₁、B₂和F₂），并在田间病圃进行抗病性鉴定，利用主基因￣多基因混合遗传模型的多世代联合分析法研究陆地棉抗黄萎病遗传特性。结果表明，中植棉2号抗性遗传符合E-1遗传模型，即2对加性￣显性￣上位性主基因+加性￣显性多基因遗传模型。2对主基因遗传以显性效应为主，且第2对主基因的显性效应比第1对主基因的显性效应大，多基因遗传以加性效应为主。B₁、B₂ 和F₂的主基因遗传率分别为68.24%、30.71%和82.09%，多基因遗传率分别为0、24.96%和0，环境方差占总表型方差的17.01%～44.33%。