鉴定陆地棉SKS基因家族成员，解析其演化规律，为棉花抗性育种提供新的候选基因。基于已公布的陆地棉遗传标准系TM-1基因组数据，以陆地棉品种中棉-14为试验材料。通过生物信息学对陆地棉SKS家族成员进行全基因组鉴定，并对其家族成员的染色体分布、进化关系、基因结构、共线性关系等进行预测分析。通过实时荧光定量聚合酶链式反应分析GhSKS13的表达模式，并利用病毒诱导的基因沉默技术初步探究陆地棉SKS13在棉花抵御大丽轮枝菌过程中的功能。共鉴定到48个陆地棉SKS基因，不均匀分布于陆地棉19条染色体上，聚类分析分为5个亚组，基因序列具有较高保守性，共线性关系分析显示，陆地棉SKS基因家族受到纯化选择。组织模式表达分析显示，GhSKS13在陆地棉根组织中优势表达，并且受大丽轮枝菌诱导显著上调表达。GhSKS13沉默植株对大丽轮枝菌抗性减弱，同时抑制病程相关基因GhPR1、GhPR2、GhPR3和GhPR5表达。大丽轮枝菌入侵GhSKS13沉默植株，其过氧化氢(H_2O_2)沉积明显低于对照，暗示GhSKS13促进活性氧(ROS)的形成。总之，明确了陆地棉SKS家族成员的系统进化关系、染色体分布特征和基因结构特征；并阐明了GhSKS13参与棉花对大丽轮枝菌抗性反应。

ＺＩＰ基因家族是生物体内非常重要的一类金属阳离子转运蛋白基因家族，通过对陆地棉基因组的全面分析和鉴定，获得ＧｈＺＩＰ基因家族系统性的生物学信息。运用比较基因组学的方法，从陆地棉异源四倍体标准系ＴＭ－１基因组数据库中鉴定出４５个ＧｈＺＩＰ基因，这些基因分布在除了Ａ０４、Ａ０９、Ｄ０４和Ｄ０９号亚基因组以外的２２个亚基因组，Ｄ亚组比Ａ亚组多５个ＧｈＺＩＰ基因，有１６对基因在Ａ亚组和相对的Ｄ亚组上存在一一对应关系。有４４个ＧｈＺＩＰ基因具有跨膜结构，其中有３６个ＧｈＺＩＰ基因的跨膜结构域是６～９个，具有ｈＩｓ富集区序列并位于膜内侧可变区的有２０个ＧｈＺＩＰ基因，只有１个ＧｈＺＩＰ基因亚细胞定位不在细．．．

为了进一步了解ＮＦ－ＹＢ基因家族结构的功能，利用生物信息学手段，系统研究了陆地棉标准系ＴＭ－１基因组中ＮＦ－ＹＢ基因家族的数目、亚细胞定位、染色体分布、进化关系、基序以及组织表达情况。结果表明：ＴＭ－１基因组中共有４１个ＮＦ－ＹＢ基因家族成员，它们含有相同的ＣＢＦＤ＿ＮＦＹＢ＿ＨＭＦ结构域，大部分定位到细胞核内；４１个ＮＦ－ＹＢ基因家族成员分布在１９条染色体上，其中有１９组成员在Ａ亚组和Ｄ亚组中表现为直系同源基因；进化树分为Ⅰ和Ⅱ２个小组，每个小组成员间具有相似的基序类型和排列顺序；组织表达分析则发现，在这４１个ＮＦ－ＹＢ基因家族成员中，至少有２４个成员可以进行表达，且表现出一定的组织特异性。

当前在ＮＣＢＩ中提交的来源于陆地棉的ＥＰＳＰＳ基因有２个，随着陆地棉基因组测序结果的公布，为在陆地棉基因组中全面鉴定ＥＰＳＰＳ基因的存在提供了便利条件。从陆地棉异源四倍体标准系ＴＭ－１基因组数据库中共搜寻获得４个ＥＰＳＰＳ同源基因，这４个基因分别分布在Ａ０７、Ａ１２、Ｄ０７和Ｄ１２亚基因组。从这４个基因的核苷酸序列、氨基酸序列和基因结构的比对，构建进化树的系统发育分析以及基因的转录情况研究来看，定位在Ａ０７和Ｄ０７亚基因组的２个基因属于共线性高度同源基因，定位在Ａ１２和Ｄ１２亚基因组的２个基因也是相同的情况。序列比对结果表明，已经在ＮＣＢＩ中提交的２个ＥＰＳＰＳ基因分别是定位在Ａ１２和Ｄ１２亚．．．

通过关联分析挖掘与陆地棉黄萎病抗性关联的分子标记,为陆地棉抗黄萎病性状的分子检测及标记辅助选择育种提供有益参考。选用在棉花基因组上均匀分布多态性较好的237个SSR标记对214份陆地棉材料的基因组变异进行了扫描,并使用Power Marker v3. 25分析群体的遗传多样性,Structure 2. 2分析群体结构,在此基础上结合3年黄萎病抗性鉴定数据,采用Tassel 2. 1中的GLM(Q)方法挖掘与黄萎病抗性相关的QTLs。结果表明,不同陆地棉材料黄萎病发病情况差异显著; 237个标记共检测到280个多态性位点,共计695个等位变异,变异范围2～6个,平均等位变异数2. 479 0;按照基因型数据可将该群体划分为2个亚群;通过关联分析,在不同年份中发掘与黄萎病抗性显著关联(P

探究陆地棉细胞色素P450基因GhP450-94C1在棉花黄萎病反应中的生物学功能,为棉花黄萎病抗性基因挖掘及抗病育种奠定基础。通过转录组筛选,克隆获得一个细胞色素P450基因GhP450-94C1,利用生物信息学的方法分析该基因的理化性质,通过荧光定量PCR技术分析GhP450-94C1在黄萎病侵染下的表达模式,利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术初步探究其在棉花抗黄萎病反应中的生物学功能,结果表明:克隆获得一个陆地棉细胞色素P450基因GhP450-94C1,其开放阅读框(ORF)为1503bp,编码一个含500个氨基酸的酸性、亲水性、不稳定的跨膜蛋白,分子式为C_(2597)H_(4025)N_(691)O_(725)S_(22),相对分子质量为57.23ku,定位于内质网膜,含有一个P450结构域;有86.45%的概率存在信号肽;二级结构预测显示该蛋白含有24个α螺旋和8个β折叠;该基因响应黄萎病菌侵染,抑制其表达后植株对黄萎病菌的敏感性增强;初步证明GhP450-94C1是棉花黄萎病抗性反应的一个正向调控因子。

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶(CRK)是植物中最大的类受体激酶家族之一,在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列,应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库,鉴定棉花CRK基因家族;利用Compute p I/Mw tool、Signal P、TMHMM Server V2.0、Wo LF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等;用Clustal X1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对,MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系;使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图;应用植物顺式调控元件数据库Plant CARE分析棉花启动子序列;通过植物磷酸化位点数据库Plant Phos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点;从NCBI数据库下载RNA-Seq数据,利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值,通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因,分布于14条染色体,其中52个基因(74.3%)集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体,且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302—901个氨基酸,58个蛋白质(82.9%)具有跨膜结构域,主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明,陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序,包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区(92.9%)至少含有一种逆境激素响应元件,69个基因启动子区(98.6%)至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果,陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型;盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。Gh CRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达,在纤维中几乎不表达,ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激Gh CRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)沉默Gh CRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员,具有保守的基因结构和功能结构域,多样化的组织表达特征,大多数基因受激素和逆境调控。

目的发掘陆地棉Dirigent-like蛋白基因家族,明确不同黄萎病抗性品种间该基因家族成员的多态性及表达差异。方法利用Illumina Hiseq 2000测序平台,通过RNA-Seq测序技术,获得黄萎病菌侵染陆地棉抗病品种和感病品种的Dirigent-like蛋白基因家族成员Unigene序列;采用生物信息学软件对其进行核苷酸序列及编码蛋白的多重比对和系统进化分析;针对该家族成员设计特异的quantitative real-time PCR引物,在Applied Biosystems 7500 Real Time PCR System上使用SYBR green PCR试剂盒标记反应产物,棉...

黄萎病是棉花主要病害之一,鉴定筛选抗性种质为培育抗病品种提供了材料基础。通过318份国内外陆地棉材料的黄萎病鉴定,筛选到5份抗黄萎病材料,144份耐黄萎病材料。国外材料的黄萎病抗性由于国内材料,黄河流棉区的材料黄萎病抗性优于其他棉区。黄萎病病情指数与棉花纤维长度、纤维强度、马克隆值、整齐度指数存在负相关性。

BES1基因是植物激素油菜素内酯信号转导过程中的重要转录因子,为了解陆地棉油菜素内酯信号基因Gh BESI家族,通过对陆地棉异源四倍体标准系TM-1基因组数据库的全面分析和鉴定,获得21个GhBES1基因,这些基因分布在不同的亚基因组,有9对基因在A亚组和D亚组上存在对应关系,AD亚组对应基因序列一致性高于95%。根据进化分析,21个GhBES1基因分为4个亚家族,除了亚家族Ⅲ,其他3个亚家族在拟南芥中均有对应基因;除了亚家族Ⅳ基因和亚家族Ⅱ中GhBES1-1基因外,其他GhBES1基因均有2个外显子。亚

对陆地棉栽培种与四个陆地棉半野生种族系杂交的F_2—F_4的抗枯、黄萎病特性鉴定筛选结果表明:四个组合后代抗黄萎性较强,病指在11.5%以下;鄂沙28×莫尔利棉和尖斑棉两个组合后代与对照86—1比较,抗枯萎性最强,鄂沙28×墨西哥棉和阔叶棉组合后代抗枯萎性较差,说明四个半野生种族系具有较强的抗萎性因子存在。对陆地棉与半野生种族系杂交低世代进行连续抗病筛选,抗病效果明显提高。

【目的】吐絮率是反映陆地棉(Gossypium hirsutum L.)早熟性状的重要指标之一,利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)解析吐絮率的QTL(quantitative trait locus)及其遗传效应,为陆地棉早熟性状的分子育种提供理论基础。【方法】利用315份不同陆地棉品种(系)构成的自然群体,在3个环境下对吐絮率进行表型鉴定。同时利用前期构建的9 244个具有复等位变异SNP连锁不平衡区段(SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB)分子标记,采用限制性两阶段多位点全基因组关联分析(restricted two-stage multi-locus GWAS,RTM-GWAS)方法,检测与吐絮率显著关联的SNPLDB位点、估算其表型效应值,并建立显著关联位点在群体中QTL-allele矩阵,鉴定稳定关联的主效SNPLDB位点及其优异单倍型。根据2组转录组数据的基因表达量,在显著SNPLDB位点侧翼序列1 Mb基因组范围内挖掘可能与目标性状有关的候选基因。【结果】陆地棉自然群体在3个环境下的吐絮率变异范围为37.78%—100.00%,广义遗传力为67.03%。多环境方差分析表明,吐絮率在基因型、环境及基因型×环境互作间均呈现极显著差异(P

【目的】通过分析陆地棉叶绿体基因组密码子使用偏性,探讨影响密码子偏性形成的主要因素。【方法】以陆地棉叶绿体基因组为研究对象,利用Mobyle及其它软件,分析叶绿体50个基因密码子的使用模式。【结果】陆地棉叶绿体基因组密码子GC1与GC2之间的相关系数达到极显著水平,GC3含量最低,与GC12的相关系数为0.14,双尾检验未达到显著水平;单个基因ENC比值多分布在-0.05—0.05;对应性分析,第一轴上显示了10.27%的差异,与GC3、ENC的相关系数分别为0.223和-0.147,均未达到显著水平。【结论】陆地棉叶绿体密码子第三位偏好使用嘧啶,而最优密码子多以A或T结尾;密码子使用模式可能...

【目的】研究棉花细胞质雄性不育(CMS)系与保持系线粒体基因组的差异,为克隆棉花CMS基因奠定基础。【方法】以atpA,atp6,atp9,ccmB,ccmC,ccmFN1,cob,coxI,coxII,coxIII,matR,nad1bc,nad2,nad4,nad5,nad6,nad7c,nad9,rpl5,rrn18等20个线粒体基因保守序列为探针,利用Southern blot方法对棉花细胞质雄性不育系、保持系线粒体基因组进行RFLP分析。【结果】发现atpA、atp9、ccmB、nad1bc、nad6、nad7c、rrn18等基因在棉花不育系和保持系间存在明显RFLP多态性,其中at...

【目的】克隆陆地棉干旱胁迫谷胱甘肽还原酶基因(GhGR),并对其序列进行生物信息学分析和表达分析。【方法】利用RACE和RT-PCR技术克隆陆地棉谷胱甘肽还原酶基因的全长序列,应用生物信息学软件对获得的基因序列及编码的蛋白序列进行分析;通过基因枪转化和实时荧光定量PCR表达对该基因表达部位和表达模式进行分析。【结果】从陆地棉(Gossypium hirsutum L.)中克隆了谷胱甘肽还原酶基因GhGR,cDNA全长1 035 bp,其中,ORF为792 bp,编码263个氨基酸。氨基酸序列比对和同源性分析显示该基因与杨树(XP_002299276.1)、蓖麻(XP_002518118.1)、...