科研产出
陆地棉膜结合脂肪酸去饱和酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析
《山东农业科学 》 2023 北大核心
摘要：膜结合脂肪酸去饱和酶（fatty acid desaturase, FAD）是生物合成不饱和脂肪酸的关键酶。本研究以陆地棉基因组数据为基础，利用生物信息学方法对棉花FAD基因家族进行全基因组鉴定和进化分析。结果表明，陆地棉基因组中共含有37个FAD基因，进化分析发现这些基因分为4个亚家族，各亚家族成员数量不一，但相同亚家族成员含有相似的基因结构和保守基序。共线性分析发现28对复制基因全为片段复制基因，且都经历了严格的纯化选择作用。此外，在陆地棉FAD基因的启动子区域，发现了丰富的响应植物激素信号和逆境胁迫的顺式作用元件。转录组分析表明，陆地棉FAD基因家族响应干旱和盐胁迫，定量PCR分析表明施加外源褪黑素显著影响了FAD基因的表达。本研究结果为进一步解析FAD家族基因的功能奠定了基础。
关键词： 陆地棉 膜结合脂肪酸去饱和酶 全基因组鉴定 生物信息学分析 基因表达 干旱和盐胁迫 褪黑素
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陆地棉L-D1等位基因特异性分子标记的开发及应用
《棉花学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】L-D1基因调控陆地棉叶形。本研究设计特异分子标记精准鉴定L-D1等位基因,为其在陆地棉冠层结构改良中的应用提供支撑。【方法】利用具有鲁棉研28号遗传背景的L-D1等位基因近等基因系,分析不同等位基因组合对叶形的影响。根据4个等位基因的启动子和编码区的多态性设计特异分子标记,并对不同叶形中的等位基因进行检测。【结果】L-D1基因从3叶期开始调控叶片叶裂的形成,4～8叶期叶裂不断加深,从9叶期开始基本稳定;L-D1等位基因不同组合可形成相似叶形,仅从形态上难以准确辨别。克隆获得L-D1位点4个等位基因起始密码子前约4 kb的启动子片段,发现24个SNPs（Single nucleotide polymorphism,单核苷酸多态性）、1个133 bp及1个14 bp的插入缺失。根据等位基因启动子及编码区的SNP和缺失插入开发了1个Indel分子标记InDel＿8和2个衍生酶切扩增多态性序列标记dCAPS＿192、dCAPS＿519,分别为l2、L2o、L2s的特异分子标记。【结论】根据陆地棉中控制叶形的L-D1等位基因间的差异开发了3个特异性分子标记,可用来鉴定不同的L-D1等位基因。
关键词： 冠层改良 叶形 L-D1位点 特异分子标记 陆地棉
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陆地棉钾转运体基因GhHAK5启动子的克隆与功能分析
《作物学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：KUP/HAK/KT钾转运体基因的转录调控是植物响应低钾胁迫的一项重要机制。克隆和分析棉花钾转运体基因的启动子,不仅有助于了解其表达模式及调控机制,对于改良棉花的钾吸收特性也具有重要意义。陆地棉钾转运体基因GhHAK5是一个在根中特异性高表达的基因,其表达受低钾胁迫诱导,目前关于该基因启动子的功能还不清楚。本研究以陆地棉品种百棉1号为材料,通过PCR方法对GhHAK5上游2000bp启动子片段(pGhHAK5)进行克隆,并通过转化拟南芥、GUS组织定位和低钾诱导表达特性分析来研究其功能。结果表明, pGhHAK5除具有TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有多个响应于光、逆境胁迫、植物激素和生物钟等的顺式作用元件。pGhHAK5与雷蒙德氏棉pGrHAK5在重要调控元件的数量和位置分布上具有较高的一致性,均具有5个参与根特异性表达调控的元件(ATAAAAT)和1个参与低钾条件下转录调控的ARF转录因子结合位点(TGTCNN)。GUS组织化学染色结果显示,转基因拟南芥幼苗的叶脉和胚轴维管束组织染色较深,根系染色较浅;成熟期转基因拟南芥植株的根、叶脉和花萼维管束组织染色较深,茎和荚皮染色较浅,表明pGhHAK5驱动的GUS主要在拟南芥成熟的根和地上部维管束组织中表达。进一步低钾诱导表达特性分析表明, PGhHAK5驱动的GUS在拟南芥幼苗幼嫩根中的表达很弱,且其表达不受低钾胁迫诱导而增强,表明PGhHAK5可能是一个主要在成熟根中具有功能的低钾诱导型启动子。转录组分析和荧光定量PCR结果表明, GhHAK5主要在成熟的根中表达,且其表达受发育时期的影响,该结果与pGhHAK5驱动的GUS在拟南芥根中的表达结果一致。本研究结果有助于深入了解GhHAK5表达调控的分子机制,并为棉花钾吸收效率的提高及钾高效棉花品种的培育提供理论依据。
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陆地棉NF-YA基因家族的全基因组鉴定与功能分析
《棉花学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：【目的】通过对陆地棉NF-YA基因家族进行全基因组鉴定,分析其表达特性,鉴定其中与棉花开花相关的基因。【方法】利用生物信息学方法系统分析了其理化性质、基因结构、共线性、Ka/Ks、顺式作用元件和表达模式,实时荧光定量聚合酶链反应(Polymerase chain reaction,PCR)分析表达特征,采用病毒诱导基因沉默技术验证基因功能。【结果】陆地棉中鉴定到29个NF-YA基因家族成员,分为5个亚组,定位在18条染色体上;全基因组复制和片段复制是GhNF-YA基因家族扩张的主要动力;启动子区含有大量光反应的顺式作用元件。GhNF-YA基因家族基因在茎、叶中高表达;12个GhNF-YA基因在早熟品种鲁棉研19号和晚熟品种鲁棉研37号中均在第三至六叶时期表达量较高,并且大部分基因在品种间表达差异显著。沉默GhNF-YA18基因的鲁棉研37号植株比对照提前11 d现蕾,并且该基因在白化期和现蕾期的表达量均低于未沉默对照棉株。【结论】本研究对陆地棉NF-YA基因家族进行了鉴定和表达分析,为进一步研究棉花开花调控的分子机制奠定了基础。
关键词： 陆地棉 NF-YA基因家族 生物信息学 表达分析 病毒诱导基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)
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陆地棉蔗糖转运蛋白基因家族的鉴定及表达分析
《西北植物学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：蔗糖转运蛋白(SUT)在蔗糖从"源"到"库"的运输与分配过程中发挥着重要作用.该研究基于最新公布的陆地棉基因组数据,利用生物信息学和荧光定量PCR等方法,对陆地棉SUT基因家族进行全基因组鉴定,并对他们的表达特性进行系统分析.结果显示:(1)在陆地棉基因组中,共鉴定到18个GhSUT基因(GhSUT1-GhSUT18),他们不均匀地分布在陆地棉11条染色体上.(2)GhSUT蛋白间序列一致性很高,均具有11~12个跨膜结构域,且都定位于质膜.(3)进化关系分析表明,陆地棉GhSUT蛋白主要分布在双子叶植物特有的SUT1亚组,以及单、双子叶植物共有的SUT2亚组和SUT4亚组,其中SUT1亚组成员最多,包含8个GhSUT基因.(4)位于同一亚组的GhSUT基因具有相似的内含子-外显子分布模式,不同亚组间GhSUT基因内含子/外显子数目差异很大.(5)转录组分析表明,GhSUT基因在表达水平上存在差异,GhSUT1和GhSUT10在被检测的组织不表达,GhSUT5、GhSUT14、GhSUT7和GhSUT16在被检测的组织表达量较低,其他GhSUT基因在被检测的组织具有较高的表达水平;另外,GhSUT基因的表达具有组织特异性,其中GhSUT2和GhSUT11主要在"源"和"库"器官中表达,GhSUT6和GhSUT15主要在"库"器官中表达,而GhSUT9和GhSUT18主要在纤维中表达.(6)荧光定量PCR分析表明,GhSUT2在"源"和"库"器官中均具有较高的表达水平,GhSUT6主要在"库"器官包括根、花瓣、纤维和茎中表达,在"源"器官(叶片)中表达量很低;GhSUT18主要在纤维中特异性高表达,在其他组织表达量很低.研究表明,实验验证结果与转录组分析结果相对一致.该研究结果为进一步研究SUT家族基因的功能提供了重要的基因信息,并为棉花产量的提高和纤维品质的改良奠定了理论依据.
关键词： 蔗糖转运蛋白(SUT) 基因家族 进化分析 组织表达 陆地棉
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陆地棉KFB基因家族全基因组鉴定与表达分析
《棉花学报 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：【目的】KFB(Kelch containing F-box protein)是普遍存在于各种生物体中含有F-box结构域的一类家族蛋白,参与众多生物过程。本研究旨在开展陆地棉KFB家族基因鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法从陆地棉(TM-1)基因组中鉴定KFB家族成员,与已知的拟南芥、水稻、大豆等KFB蛋白序列构建系统进化树;进一步针对第Ⅱ亚族进行基因结构、染色体定位和表达分析。【结果】从陆地棉基因组共鉴定出150个KFB家族成员,进化分析表明这些基因可分为7个亚族。陆地棉KFB第Ⅱ亚族24个基因分布在14条染色体上,有9对直系同源基因;该亚族基因结构简单,半数基因只有1个外显子;qRT-PCR结果表明,该亚族基因具有较为广泛的组织表达模式,但在不同组织的表达存在差异。【结论】这些结果显示陆地棉KFB第Ⅱ亚族基因在进化过程中出现了功能分化。
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转基因抗虫棉品种间杂交F_1、F_2竞争优势分析
《棉花学报 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：【目的】分析评估多个转基因抗虫棉品种间杂交F_1、F_2产量与纤维品质性状,为强优势组合选育以及F_2利用的可行性提供依据。【方法】以10个综合性状优良的陆地棉新品种(系)作亲本,组配10个杂交组合,从中筛选出产量竞争优势突出的4个组合,进行F_1、F_2产量与纤维品质性状分析。【结果】棉花品种间杂交F_1表现出较强的产量竞争优势,但年际差异较大,越是在产量水平较低的年份,杂交种产量竞争优势越突出。除个别组合外,F_2产量竞争优势减退明显,铃重降低是其主要原因。F_2纤维品质指标总体上较F_1下降,极差和变异系数增大。各品质性状的变异系数远低于产量构成要素的变异系数,总的趋势是F_1<常规对照品种鲁棉研28号(CK)、F_2>F_1。不同组合F_1、F_2代产量和纤维品质性状的竞争优势差异较大,从中筛选出1个优势组合,其F_1、F_2产量均具竞争优势,且F_2产量竞争优势减退小、纤维品质优良、分离轻。【结论】转基因抗虫棉品种间杂交种抗逆性强、稳产性好。父母本纤维品质好、差异小的组合,F_2纤维品质优良、分离程度较小。选育生产上有利用价值的F_2优势组合是可行的。
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基于陆地棉茎尖转录组序列genic-SSR标记的开发与评价
《植物遗传资源学报 》 2015 北大核心 CSCD
摘要：利用软件MISA和SSR Locator对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)Coker312茎尖转录组测序得到的73515条Unigene序列进行分析,查找到4507个SSR位点,分布于4039条转录本序列中,SSR位点出现频率为5.5%,非编码区的SSR位点要显著高于编码区(2853/1654)。SSR重复基元中,三核苷酸重复基元占主导地位(51.03%),且AAG/CTT(20.08%)类型最多;其次是二核苷酸重复基元(28.76%),主要为AG/CT(55.47%)。利用引物批量设计软件共开发1569对SSR引物,在陆地棉TM-1、海岛棉3-79(G.barbadense L.)、阿非利加棉(G.herbaceum L.)、雷蒙德氏棉(G.raimondii Ulbrich.)4个棉种中进行初步评价,其中1117对引物能在4个棉种间扩增出稳定的条带,扩增率为71.2%。选择650对能稳定扩增出条带的引物,在涉及5个棉种(增加了亚洲棉(G.arboreum L.))的13份材料中进一步筛选,83对引物能在13份材料中扩增出特异性条带,PIC变幅在0.121~0.648之间,平均值为0.422,其中80对引物能在7份陆地棉材料中扩增出特异性条带,平均PIC值为0.336;挑选5对在本实验室作图亲本鲁棉研22和鲁原343间有明显多态的引物进行连锁分析,其中4对成功连锁到本实验室构建的遗传图谱上。本研究丰富了棉属genic-SSR的数量,为棉属遗传作图、性状关联分析提供了更多引物选择。
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陆地棉早熟基因来源的遗传分析
《作物学报 》 2013 北大核心 CSCD
摘要：棉花早熟性相关的性状多为复杂的数量性状,是由多个基因和环境共同作用的结果,其遗传基础研究比较困难。利用连锁作图和关联分析方法,对目标性状进行基因定位,找出与性状相关联的位点,为解析复杂性状的基因来源提供了新的手段。本文分别以早熟亲本新陆早8号和新陆早10号为母本,以陆地棉标准系TM-1为父本构建F2作图群体,利用在亲本间筛选出的多态性SSR引物,通过JoinMap 3.0软件构建了2张遗传图谱,以Win QTLCart 2.5复合区间作图法在F2~F2:3中定位到控制全生育期、苗期、蕾期、花铃期和霜前铃数等早熟性相关性状的37个QTL。控制早熟性的有利等位基因多数来自早熟祖先611波和金字棉。多数性状在两类材料中由不同的基因控制,且以加性遗传为主。在由43个陆地棉品种材料构成的自然群体中通过关联分析检测到54个与这些早熟性相关性状极显著关联的位点。研究表明连锁作图和关联分析的检测结果具有较高的可比性。本研究为早熟陆地棉聚合改良以及分子标记辅助育种打下了基础。
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陆地棉GhBI-1基因在拟南芥中的异位表达及耐盐性研究
《山东农业科学 》 2013
摘要：前期工作中,我们从陆地棉基因组中分离了GhBI-1基因全长cDNA,构建了GhBI-1过量表达载体并转化拟南芥。本研究在此基础上,利用卡那初步筛选获得转基因拟南芥,通过PCR进一步验证,得到具有卡那抗性并且遗传稳定的T3代纯合株系。利用不同浓度NaCl处理野生型和转GhBI-1基因拟南芥,结果表明,转基因拟南芥在200 mmol/L NaCl胁迫后,萌发率和生长情况要好于野生型拟南芥,过量表达GhBI-1基因能够提高拟南芥耐受盐胁迫的能力。
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