【目的】 丝裂原活化蛋白质激酶激酶激酶（Mitogen-activated protein kinase kinase kinase,MAPKKK）家族在植物的胁迫反应和发育过程中起重要调控作用。本研究旨在筛选雷蒙德氏棉MAPKKK基因并分析其功能。【方法】 以已鉴定的拟南芥MAPKKK蛋白序列为种子序列,在已发表的雷蒙德氏棉全基因组数据库中,通过本地BLAST以及Pfam和SMART鉴定雷蒙德氏棉MAPKKK基因家族成员;采用MEGA5、GSDS在线工具以及Mapchart进行进化树、基因结构及染色体定位分析;利用已有的陆地棉芯片数据进行响应逆境胁迫和纤维不同发育时期的表达谱分析。【结果】 系统鉴定了114个雷蒙德氏棉MAPKKK家族基因,根据基因结构及进化树分析分为Raf、ZIK和MEKK三个亚家族。染色体定位表明,该基因家族广泛分布于13条染色体上,并存在基因复制。与最近公布的78个雷蒙德氏棉MAPKKK家族基因相比对,获得序列完全相同的基因47个。【结论】 上述研究结果有助于了解雷蒙德氏棉MAPKKK基因家族的进化与功能,为后续研究棉花乃至棉属MAPKKK基因的功能奠定基础。
【目的】 自2015年以来在新疆棉田出现一种与一般烂铃病害症状有明显区别的新棉铃病害,导致僵铃与裂铃,在潮湿的情况下铃面产生橄榄黑色的霉层。明确其病原种类对于该病害的防治具有重要意义。【方法】 自南北疆20个植棉单位采集了38份病样,采用常规稀释分离法和单孢分离法对病原进行分离和纯化。然后,依据采样地点、棉花品种和菌落特征选取20个代表菌株,通过形态学观察,并运用核糖体DNA内转录间隔区（rDNA internal transcribed spacer,rDNA-ITS）、肌动蛋白（ACT）和翻译延长因子1-α（TEF1-α）的基因序列分析,对菌株进行鉴定。根据柯赫氏法则,选择其中3个代表性菌株C2、C13和C7的孢子悬浮液接种棉铃,观察并记录其发病情况,并且对病铃进行再分离,观察再分离菌株与接种菌株的异同。【结果】 分离得到的菌株都属于枝孢属真菌（Cladosporium）,根据其形态特征和分子生物学分析,20个供试菌株中有13个属于C. cladosporioides,4个属于C. velox,3个属于C. limoniforme。3个代表性菌株C2、C13和C7在有伤接种的情况下,发病症状与田间症状相似;无伤接种时发病较晚,病斑扩展也较慢。从病斑处再分离,可分离出接种菌株。【结论】 新疆棉田导致僵铃与裂铃这种新棉铃病害的病原菌为3种枝孢菌：C. cladosporioides、C. velox和C. limoniforme,其中C. cladosporioides为优势种。
【目的】 谷胱甘肽还原酶基因（Glutathione reductase gene,GR）家族参与植物生长发育和非生物胁迫响应等生物进程,但其在棉花中的特性及功能尚不清楚。本研究通过在异源四倍体陆地棉（Gossypium hirsutum）、海岛棉（G. barbadense）及其可能的二倍体祖先种亚洲棉（G. arboreum）和雷蒙德氏棉（G. raimondii）中对GR基因家族全基因组鉴定与特性分析,分析棉种分化及异源四倍体棉花形成过程中GR基因的进化历程,探讨其在非生物胁迫响应中的作用,为后续相关研究提供理论基础。【方法】 利用生物信息学方法鉴定陆地棉、海岛棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉的GR基因家族成员;解析GR基因家族成员的理化性质、序列特征、染色体位置、系统发育及表达模式。【结果】 共鉴定到18个GR基因家族成员,陆地棉、海岛棉、雷蒙德氏棉和亚洲棉中GR基因数目分别为6、6、3和3个。系统发育分析发现GR基因分为2个亚组,同一亚组基因具有相似的外显子数目和基因结构。对同源基因的非同义突变率（Ka）及同义突变率（Ks）分析发现Ka/Ks值均小于1,表明在进化过程中GR基因经历了较强的纯化选择作用。陆地棉GR基因的表达模式分析表明,所有的GR基因均积极响应胁迫环境,但在不同的非生物胁迫下,基因的表达模式有明显差别。【结论】 本研究探讨了GR基因家族在亚洲棉、雷蒙德氏棉、海岛棉和陆地棉基因组中的进化及功能,可为棉花GR基因后续研究提供理论基础。
【目的】 DUF642（Domain of unknown function 642 genes）是1个未知功能基因家族,在植物逆境胁迫响应中发挥重要作用。本研究旨在分析其在棉花抗逆反应中的功能。【方法】 基于陆地棉基因组数据,系统地鉴定DUF642基因家族。利用生物信息学方法分析基因结构、理化性质、亚细胞定位、亲缘关系、启动子顺式作用元件等。应用转录组数据和实时定量聚合酶链式反应技术分析该家族基因在不同组织和多种逆境（冷、热、干旱、盐和黄萎病菌）胁迫下的表达规律。【结果】 陆地棉基因组中包含23个DUF642基因,分布于14条染色体和1条Scaffold;编码的蛋白含有1~2个保守的DUF642结构域,多定位在细胞膜。DUF642家族基因可分成4个亚组,在进化上相对保守。DUF642基因具有较为广泛的组织表达类型,其中根和叶中表达较高。通过启动子和胁迫表达分析,推测GhDUF642-09参与棉花抗盐胁迫;GhDUF642-08和GhDUF642-19参与棉花抗黄萎病;GhDUF642-02、GhDUF642-14和GhDUF642-17参与棉花生长发育和抗逆胁迫。【结论】 本研究结果为进一步研究DUF642基因家族功能和棉花抗逆分子机制提供了重要的理论依据。
【目的】 克隆了1个在棉纤维发育次生壁加厚期优势表达的R2R3类MYB（v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog, MYB）转录因子基因GhMYB52（Gh_A12G2460）。本研究旨在分析该MYB转录因子在陆地棉纤维次生壁发育过程中的作用。【方法】 通过一步克隆法,从陆地棉遗传标准系TM-1中克隆了1个在纤维次生壁加厚期优势表达的R2R3类MYB转录因子基因Gh_A12G2460,进化树分析结果表明Gh_A12G2460与拟南芥中AtMYB52基因的相似度最高,因此将其命名为GhMYB52。通过进化树构建、氨基酸序列多重比对、定量聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction,PCR）、烟草瞬时转化、酵母双杂交等对其基因结构、编码产物的结构、表达特征、亚细胞定位以及互作蛋白进行了分析。【结果】 GhMYB52基因的开放阅读框长672 bp,编码223个氨基酸残基,预测蛋白的相对分子质量为26.06 kDa,等电点为9.83。qRT-PCR结果表明,GhMYB52基因在开花后15~25 d的棉纤维中优势表达。亚细胞定位结果显示,GhMYB52蛋白定位于细胞核,符合转录因子的特征。酵母转化结果显示,GhMYB52蛋白具有强烈的转录激活活性,并且与1个NAC类转录因子GhFSN1有强烈互作。【结论】 GhMYB52是1个在棉花纤维次生壁加厚时期优势表达的R2R3类MYB转录因子,它可能通过与NAC类转录因子互作,形成蛋白复合物参与棉花纤维次生壁加厚过程。本研究为进一步从分子水平上验证GhMYB52基因在棉花纤维发育过程中的生物学功能奠定了基础。
【目的】 维持细胞内离子稳态是作物重要的耐盐机制之一。研究不同盐碱胁迫下棉花离子组响应特征和耐盐基因表达的差异,为深入认识棉花耐盐机理和提高棉花耐盐性提供依据。【方法】 以鲁棉研24号为试验材料,在盆栽控制条件下设置3种盐碱胁迫类型（盐胁迫、碱胁迫和复合盐碱胁迫）和2个梯度水平（低盐碱和高盐碱）,并以无盐碱胁迫处理为对照。测定棉花植株干物质质量以及根系形态指标根长、根表面积和根体积。采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）测定棉花各器官P、Na、K、Ca、Mg等13种元素含量,并采用实时荧光定量聚合酶链式反应技术测定了耐盐相关基因GhDFR1、GhSOS1、GhNHX1和GhAKT1的相对表达量。【结果】 1）不同盐碱胁迫显著抑制棉花生长,复合盐碱胁迫棉花生长抑制率（48.7%~57.9%）显著高于盐胁迫（27.6%~49.9%）和碱胁迫（21.2%~35.5%）。盐胁迫和复合盐碱胁迫下,棉花地上部和根系生长均显著受抑制,地上部干物质质量、根长、根表面积和根体积显著降低;而碱胁迫对根系的抑制作用相对较小。2）3种盐碱胁迫下,棉花体内Na含量显著增加;各器官Mo含量也均显著增加,叶片和根系N含量降低。3）盐胁迫下,棉花Ca、Mg、Fe、Mn、Zn吸收受抑制,通过促进这些离子以及P、K的转运,维持体内离子平衡。4）碱胁迫下,除Ca、Mg、Fe、Mn、Zn以外,P的吸收也受到抑制,但K的吸收以及P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn向地上部转运受到促进。5）复合盐碱胁迫尤其是高盐和pH值环境下,主要营养元素吸收均受抑制,Ca、Mg、Zn、Mn、Fe转运能力降低。6）盐胁迫下,GhSOS1和GhAKT1基因相对表达量显著增加,在碱胁迫和复合盐碱胁迫下呈先增后降趋势;3种盐碱胁迫下,表现为碱>盐>复合盐碱胁迫。GhNHX1基因相对表达量随土壤盐碱度增加先增后降,表现为盐>碱>复合盐碱。【结论】 复合盐碱胁迫由于高盐度和pH叠加效应显著抑制棉花生长和离子吸收,制约P、K、Ca、Mg、Zn、Mn、Fe向地上部转运,使棉花K、Na离子调控能力下降导致离子失衡。
【目的】 利用现代生物技术获得转基因棉花,是促进改良棉花纤维颜色研究的一个重要途径。【方法】 利用农杆菌介导法将棉花纤维特异表达GhACT1启动子驱动下的玉米色素基因Lc转入棉花,经过聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction,PCR）、Southern blot检测确认,跟踪观察植株的颜色变化,并对转基因再生株系营养体及幼胚纤维进行逆转录（Reverse transcription,RT）PCR检测,分析该基因在转基因株系中的表达情况。【结果】 获得25个转基因株系,观察发现这些株系没有明显的颜色变化。RT-PCR检测结果发现,Lc基因在叶、叶柄及茎中没有表达,而在开花后1~12 d的幼胚及纤维中有较强表达,并且转基因幼胚纤维在离体光照培养1周条件下呈现红色。【结论】 GhACT1启动子驱动下的Lc基因在转基因株系中具有幼胚纤维特异表达特性,在离体光照下,能够改变棉花纤维的颜色。说明通过转基因方法改良棉花纤维颜色是有潜力的。
【目的】 本研究旨在探究基因型和环境及两者互作对棉籽中主要成分含量的影响。【方法】 以11个陆地棉品种在长江中下游流域部分棉区10个试点的样品为研究材料,测定棉籽中蛋白质、油分、棉酚、植酸、α-生育酚和γ-生育酚6种主要成分的含量,并分析其基因型、环境及其互作效应。【结果】 结果表明,基因型、环境,以及两者互作对棉籽中蛋白质和油分含量均有极显著的影响;环境对棉籽中棉酚和植酸含量有极显著影响,基因型对棉籽中棉酚含量有极显著影响、对植酸含量有显著影响,但二者对棉酚和植酸含量互作效应不显著。α-生育酚和γ-生育酚的基因型效应不显著,但环境效应显著,地区间的生育酚含量差异达到极显著水平。此外,蛋白质含量与油分含量呈极显著负相关,二者之和稳定在75%左右。【结论】 在棉籽品质育种中不仅要依据品种的差异,还要考虑环境以及品种与环境的互作。棉籽主要成分含量的表现是基因型和生态环境共同作用的结果。
【目的】 研究细菌Bacillus vanillea SMT-24、B. velezensis BHZ-29、B. subtilis SHT-15、B. atrophaeus SHZ-24在土壤中的定植、促生、对棉花诱导抗性及对黄萎病的防治效果,为更好地防治棉花黄萎病提供科学依据。【方法】 通过观察抑菌圈,判断各菌株对大丽轮枝菌的拮抗效果;以4株菌在根际土壤定植数量,反映拮抗菌定植能力;调查棉花株高、根长、根毛数、叶片数,分析4株菌的促生作用;测定棉叶过氧化氢酶（Catalase,CAT）、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）、苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia lyase,PAL）、多酚氧化酶（Polyphenol oxidase,PPO）、过氧化物酶（Peroxidase,POD）活性,并通过盆栽试验调查拮抗菌发酵液灌根后棉花的病情指数,探讨拮抗菌株对棉花诱导抗性的作用。【结果】 SMT-24、BHZ-29、SHT-15、SHZ-24能明显抑制大丽轮枝菌的生长,形成清晰的抑菌圈,第3次接种后2~22 d,在根系土壤中能大量存活,提高棉花株高、叶片数和根毛数,以及棉叶CAT、SOD、PAL、POD活性,并降低病情指数。【结论】 拮抗菌SMT-24、BHZ-29、SHT-15、SHZ-24能促进棉花生长,提高部分防御酶活性,有效防治棉花黄萎病。
