【目的】CLE（CLAVATA3/Embryo surrounding region-related）多肽是一类小分子分泌蛋白,在植物生长发育过程中,对于维持分生组织细胞增殖与分化间的平衡起到重要的信号转导和调控作用。CLE家族是迄今为止报道的最大的植物多肽分子家族,也是近十年来研究最为热门的植物多肽激素。尽管CLE基因家族在拟南芥和水稻等模式植物中取得较多的研究进展,但在棉花中有关CLE多肽基因家族的研究尚属空白。通过对CLE多肽家族的鉴定及演化研究,可以为进一步挖掘棉花中的功能多肽及其信号转导研究提供一定的理论基础。【方法】本文以亚洲棉（Gossypium arboreum L.）、雷蒙德氏棉（G. raimondii Ulbrich）、陆地棉（G. hirsutum L.）和海岛棉（G. barbadense L.）为研究对象,利用生物信息学方法和已鉴定的拟南芥CLE基因序列,在棉花基因组中进行同源比对,并对4个棉种中的CLE家族成员进行全基因组鉴定和分析。【结果】共得到148个棉花CLE候选基因。陆地棉和海岛棉中CLE基因数量都分别是亚洲棉和雷蒙德氏棉的2倍。聚类分析将所有CLE基因分为5个亚组。Ka/Ks分析表明大部分基因都经历了负选择作用,有11对基因经历了显著的正选择作用。转录组数据分析发现,除海岛棉中的GbCLE39、GbCLE13、GbCLE43,陆地棉中GhCLE34、GhCLE9以及亚组棉中的GaCLE4外,大部分CLE基因在棉花组织中的表达量较低,这与多肽在植物体内含量较低相一致。CLE核心保守基序分析发现了12个棉花特有的多肽,其中有2个多肽来源于受到强烈正选择作用的基因,因此在后续研究中可以对其进行进一步深入分析。【结论】本文利用生物信息学、比较基因组学等方法,首次对棉花的CLE基因家族进行了鉴定和分析,对于进一步挖掘棉花中的功能多肽及其信号调控网络研究提供了一定的理论基础。
【目的】通过对纤维品质数量性状位点（Quantitative trait loci,QTLs）定位及其基因功能注释,为分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以2个纤维品质有差异的陆地棉品种（系）中棉所49和396289为亲本构建F2群体,以高密度遗传图谱为基础,对3个环境的F2:3家系做包括细度和成熟度等在内的7个纤维品质性状QTLs定位,利用直系同源基因簇（Clusters of orthologous groups,COG）、基因本体（Gene ontology,GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）等数据库对QTLs做基因功能注释。【结果】获得157个与纤维品质有关的QTLs,分布于20条染色体上,A03、A04、D02、A11和D07等有较多性状的QTLs聚集,可能是控制纤维品质性状的关键染色体。共获得13个稳定QTLs,其中qFL-A03-1和qFin-A11-4在3个环境中重复出现,另有9个QTLs则在2个环境中重复出现。通过COG、GO和KEGG对QTLs进行基因功能注释,共获得4 763个候选基因,3个数据库分别注释到2 416、4 188和2 512个基因,在稳定QTLs中共注释到429个基因,其中一些基因可能与纤维品质关系密切。【结论】利用高通量测序获得的高密度遗传图谱有助于获得较多QTLs,有利于纤维品质相关候选基因的筛选及性状的改良,提高育种效率。
【目的】获得可以用于棉花品种鉴定和纯度检测的二态性InDel标记,提高棉花种子的检验精确度和效率,为棉花的分子育种发挥作用。【方法】基于来源不同的121份棉花全基因组信息,根据高多态性信息含量筛选多态性高的InDel位点,开发二态性InDel标记,并在我国66个棉花品种的遗传距离分析和聚类分析中进行应用。【结果】基于121份棉花的二代测序数据获得10 967个InDel位点,合成了85对InDel引物,选择其中有效引物64对,其中At亚组的特异引物35对、Dt亚组特异引物29对,At、Dt亚组染色体的平均最小等位频率分别为0.45、0.32,多态信息含量分别为0.49、0.40;所用的66个棉花品种的遗传距离范围是0.04~0.65 cM（厘摩）,平均为0.39 cM,遗传距离最大的2个品种是泗棉3号和中棉所36,遗传距离最小的是徐棉18和徐杂3号。【结论】开发的64个棉花二态性InDel标记能有效地通过揭示品种间的遗传距离反映品种之间的亲缘关系,区分来源不同的棉花品种,具有一定的理论意义和应用价值。
【目的】类钙调素（Calmodulin-like,CML）蛋白是1种重要的Ca2+传感器,在调节植物应激反应机制中起重要作用。对CML基因家族进行全基因组学分析,以便深入研究CML基因在棉花逆境胁迫下的作用。【方法】利用生物信息学的方法进行了棉花CML家族成员的鉴定。利用转录组数据和反转录聚合酶链式反应分析陆地棉（Gossypium hirsutum L.）CML基因在盐胁迫下的表达模式。利用病毒诱导基因沉默技术对GhCML44-2基因进行沉默并进行功能验证。【结果】在陆地棉（Gossypium hirsutum L.）、雷蒙德氏棉（G. raimondii Ulbrich）、亚洲棉（G. arboreum L.）中分别获得了154个、74个、78个CML蛋白。进化树和保守基序分析表明,GhCML蛋白分为8个亚类,都含有保守的EF-hand结构域;在盐胁迫下,107个GhCML基因在叶和根中有显著的差异表达,且在根和叶中的差异表达模式不同。启动子分析表明,这些基因启动子中存在多种不同的胁迫响应元件;利用病毒诱导基因沉默技术成功沉默GhCML44-2的棉株相较于对照更加不耐盐。【结论】该研究结果有助于了解棉花CML基因家族的进化与功能,为后续研究其功能提供了一定的理论依据。
【目的】将群体分离分析法与下一代测序技术相结合,定位与棉花果枝长度关联的数量性状位点。【方法】以Ⅰ式果枝品系苏机棉125和Ⅱ式果枝品种泗抗1号为亲本,构建棉花F2分离群体。根据F2群体单株中部果枝节间平均长度,选择极端性状单株分为2组,构建DNA混池。再对2个混池进行重测序,分析2个混池之间的单核苷酸多态性和插入缺失突变,并利用欧式距离法关联与果枝节间长度相关的数量性状位点。【结果】利用测序获得的单核苷酸多态性位点数据,在A3染色体上定位到1个与果枝节间长度关联的区域,区间范围为0.8 Mbp;利用测序获得的缺失突变位点数据,也在A3染色体上定位到1个关联区域,区间范围为1.09 Mbp;2个关联区域互相重合,重合区间为0.77 Mbp。【结论】本研究中Ⅰ式果枝相关基因被定位在A3染色体上,说明棉花Ⅰ式果枝和式果枝的差异是因为遗传位点和模式的不同,而不是同一基因的剂量效应。
【目的】定位棉花抗黄萎病数量性状位点（Quantitative trait loci, QTL）。【方法】以海7124和TM-1配制抗感组合F1,再以鲁棉研28为轮回亲本构建的137个BC4F1家系为作图群体,筛选出多态性重复序列（Simple sequence repeat, SSR）标记,并与已发表的整合高密度遗传连锁图谱相比对,构建遗传图谱。采用复合区间作图法(Composite interval mapping,CIM)进行大田和病圃两个环境下抗黄萎病QTL定位。【结果】216个多态性SSR位点分布在26条染色体上,可覆盖棉花基因组3 380 cM(centi Morgan),标记间平均距离15.77 cM。定位到6个QTLs,分布在6条染色体上,可解释表型变异8.56%~20.26%,其中5个QTLs与前人研究结果相一致,在第1染色体上新定位到一个QTL。本研究可为分子标记辅助选择抗病育种提供帮助。【结论】定位到6个黄萎病相关QTLs,其中1个是在第1染色体上新发现的QTL。
【目的】以新疆棉区代表性的236份棉花种质为材料,对其棉叶螨的抗性进行鉴定,并分析叶片蜡质含量及蜡质组分,为棉花抗螨育种奠定基础。【方法】在室内于棉花苗期分批次进行接螨鉴定,同时测定不同棉花材料叶片的蜡质含量,并利用气相色谱-质谱法分析叶片的蜡质组分。【结果】大部分棉花材料对棉叶螨的危害敏感,236份棉花材料中有高抗品系2份、抗性材料3份、中抗材料 22份、敏感材料207份、高感材料2份。棉叶表面蜡质含量与叶片受害级数存在显著负相关;棉花叶片蜡质成分主要为烷烃类化合物,含有少量的酯类、醚类、脂肪酸等。高抗螨棉花种质材料叶片蜡质中烷烃类与酯类组分的含量均高于高感螨材料。高抗和高感材料中含量差距最大的化合物有C24H50、C35H72、C17H36。【结论】上述研究结果为下一步研究棉花表面蜡质组分对棉叶螨寄主选择和抗螨作用的影响奠定了基础。
棉花是病虫害发生最为严重的大田作物之一,近年来基于棉田间作套种的棉花病虫害生态治理成为研究的热点。合理的间作套种可以通过改变农田的生态结构和环境条件,提高天敌的种群数量,降低或抑制害虫的种群密度,进而起到有效控制病虫害的作用,是棉花病虫害防控的一条重要途径。同时,棉田间作套种控制病虫害也存在一定的局限性,不合理的间作套种更是存在提高用工投入、增加病虫防治难度、加重病虫为害等多种风险。评述了棉田间作套种对防控棉花病虫害的效应及其机制,总结提出了棉田间作套种存在的风险和防控途径,对今后应用间作套种生态治理棉花病虫害的前景和研究方向作了展望。
天然彩棉是纤维含有天然色素类物质的特殊类型棉花。目前公认的商用天然彩棉主要是棕色和绿色两大类,颜色比较单一。为了丰富天然彩棉的品种和满足人们对色彩的需求,研究者们对彩色棉纤维色素的成分以及形成机理进行了多方面研究。该文以天然彩色棉纤维为论述对象,详细介绍了彩色棉纤维的发育、色素沉积和色素成分。通过对色素成分的研究,发现彩棉纤维色素与植物中重要的次生代谢途径——类黄酮生物合成途径相关。因此,对该途径中的结构基因和调节因子综合已有研究结果展开论述,这为利用基因工程技术改良和培育彩色棉新品种提供全面的理论基础,具有很好的参考价值。
