我国陆地棉基础种质遗传多样性的SSR分子标记分析

利用398对BNL、JESPR、TMB等SSR引物,对不同亲本来源、不同选育时期、不同种植生态区的43份陆地棉基础种质进行了遗传多样性的SSR分子标记分析。扩增产物用8％的非变性聚丙烯酰胺凝胶检测,银染观察并照相。遗传多样性带型分析按位点多态信息量（PIC）,Shannon-weaver多样性指数（H^＋）等方法,利用NTSYSpc2．1软件计算品种间的遗传相似系数（Jaccard系数）,并用类平均法（UPGMA）进行聚类。结果表明所选择多态性引物分布在棉花基因组的第3、4、5、8、9、10、16、18、20、23号等染色体上,36对多态性引物在基础种质中扩增等位基因130个,其中多态性等位基因占80％,每个引物扩增等位基因2～8个,平均3．6个,PIC为0．278～0．865,平均0．62,基因型多样性（H^＋）为0．451～2．039,平均1．102,基础种质问SSR遗传相似系数平均为0．610,变幅为0．409～0．865,这说明所选基础种质基因组水平的多样性较丰富,变化范围大、代表性强。按品种不同选育时期来讲,第一、二、三期基础种质的SSR分子标记平均遗传相似系数分别是0．587、0．630、0．630,说明现代基础种质比早期基础种质在基因组水平的差异呈下降的趋势,可能是由于育种者偏重于使用优质高产性状的亲本品种,致使我国棉花的育种基础逐渐变窄。不同棉区基础种质SSR标记性状差异大,北部特早熟棉区基础种质间的SSR标记的多样性大于黄河、长江棉区,主要原因是长江、黄河棉区的育种过分强调高产、优质品种选育,品种间的差异变小;基础种质中的国内品种SSR相似系数（0．624）比引进品种（0.85）高,说明国内品种在遗传多样性上目前还没有超越国外品种。总之,我国棉花现代基础种质比早期基础种质的遗传多样性呈下降的趋势,黄河、长江主产棉区基础种质的遗传多样性还没有超过国外基础种质,品种间的遗传背景较为狭窄,还必须采用多种途径丰富我国棉花种质资源的遗传多样性。     

论我国棉花育种的基础种质

自1918年我国引进美国脱字棉开始,到2000年止,我国共育成陆地棉品种1376个,海岛棉品种59个.按系谱及优良种质衍生品种的数量分析,我国品种可追溯到54个基础种质,其中海岛棉7个.按照引进时间和育成年限,可将陆地棉分三期基础种质,海岛棉分为二期基础种质.近百年来,这些基础种质对我国棉花育种和生产发展起了非常重要的作用.     

引进海岛棉种质的SSR遗传多样性分析

利用95对SSR分子标记对56份海岛棉种质进行遗传多样性分析,其中33份来自于俄罗斯,5份来自埃及,2份来自美国,1份来自阿尔巴尼亚,8份来自我国新疆,7份来自我国云南、江苏等地。结果表明,95对SSR引物在56个海岛棉品种中共测出了384个等位基因,其中多态性等位基因296个,占77.1%。每对引物等位基因变幅是2~9个,平均为4.1个。基因多样性指数(H)在0.035~2.931之间,平均为0.879。Shannon信息指数(I)在0.090~4.417之间,平均为1.363。各指数的趋势一致。95对SSR引物的多态性信息含量PIC变幅为0.035~0.926,平均为0.698。56份海岛棉品种两两间的相似系数在0.585~0.952之间,主要集中在0.6~0.8之间,占整个数据的97%,平均遗传相似系数为0.7。从整体上来看,56份海岛棉的遗传相似系数较高,从聚类图上可以看出,以遗传距离为0.69为标准,56份海岛棉品种可分为4类。第1类主要是前苏联海岛棉为主的27份品种,其中来自埃及的吉扎77和来自美国的派字棉以及中239都归到了这一类。第2类较复杂,但主要是以来自新疆的6份海岛棉和来自埃及的吉扎系列的4份为主。第3类包括8个品种,主要是来自于前苏联的6个品种、来自于新疆的巴3116和河北的冀B91-45。第4类只有来自于前苏联的L-8007,独自成一类。研究结果表明SSR作为一种共显性标记,尤为适用于海岛棉及其亲本的系谱分析及鉴定。因而,SSR标记技术可以为海岛棉育种实践工作中的亲本选配,提供可靠的分子水平上的依据。     

一个种植90余年的地方品种——开远木棉

棉花在我国西南的热带、亚热带地区能够像"树"一样多年生长,老百姓称之为"木棉".开远木棉是引进的国外海岛棉在开远地区经过长期种植和选择形成的地方品种,已经在开远种植了90余年,最大年种植面积4700hm2,近年已作为"树"绿化部分山坡.开远木棉在田间保存期间,其形态特征基本上没有改变,抗逆性还得到了加强,是一个优良的地方品种.     

基于棉花参比种质的SSR多态性核心引物筛选

棉花品种间遗传多样性的评价和遗传图谱构建都需要大量多态性的SSR标记。本研究通过构建棉花参比种质(panel), 高效快速地筛选出棉花多态性核心引物。本实验选用12份表型性状和遗传差异较大的棉花种质作为参比种质, 对来自Cotton Microsatellite Database (CMD)网站上 (http://www.cottonssr.org) 的5,914对棉花SSR引物进行了PCR扩增。结果表明: 在不同棉种间多态性的引物有4,800对, 约占有效扩增引物(5,300对)的90.6%; 能区分不同品种间差异的引物大约有500对, 占有效扩增引物的9.4%。我们推荐其中319对扩增效果好、条带清晰的引物作为棉花种质资源鉴定和分子指纹分析的核心引物, 其中277对能把陆地棉品种间的差异鉴别出来。此外, 我们还找到了在陆地棉、海岛棉及亚洲棉三大栽培棉中都有差异的13对共同SSR引物, 建议作为分子指纹分析和种质鉴定的首选引物。本研究公开了319对核心SSR引物及其多态性信息, 有利于规范引物筛选程序、提高引物筛选效率, 对棉花种质资源的遗传多样性分析、指纹图谱构建, 以及种子真伪性和纯度的鉴定等都具有现实意义。     

影响棉纤维分化和发育的因素

影响棉纤维生长发育的主要因素是：基因型、激素、温度、水分、光照、授粉受精状况等。基因型决定棉纤维分化发育方式,内源或外源激素调控纤维分化、伸长、次生壁形成等发育过程。温度对纤维分化发育也有很大程度的影响。离体纤维生长发育除了受上述因素影响外,还受微量元素、维生素、ＮＨ４＾＋、ＣＯ２浓度等影响。     

棉属四倍体AD1与二倍体A2、D5基因组的同源SSR分析

SSRs(Simple sequence repeats)是一类广泛存在于动植物基因组的DNA短串联重复序列,是重要的基因组分子标记。比较不同基因组同源SSR的差异,有利于了解相近物种间的进化过程。文章使用雷蒙德氏棉基因组(D₅)、亚洲棉基因组(A₂)全基因组序列和陆地棉(AD₁)的限制性酶切基因组测序数据,进行全基因组SSR扫描,比较了A组和D组的SSR分布情况,通过识别3个基因组之间的同源SSR,比较它们之间同源SSR重复序列的差异。结果发现,A组和D组同源SSR的分布规律非常相似,但A组与AD组的同源SSR保守性比D组与AD组同源SSR的保守性强。与AD组同源SSR相比,A组中重复序列长度增长的SSR数量约为长度缩短的SSR数量的5倍,在D组中这一比值约为3倍。可以推测,四倍体AD组在与A组、D组的平行进化过程中,由于基因组融合,导致SSR的重复序列长度变化速率与二倍体A、D组有差异,同时这种差异可能导致了AD组SSR重复序列长度在进化过程中与二倍体相比有变短的趋势。文章首次对3个棉花基因组的同源SSR进行了系统地比较,发现了同源SSR在棉属四倍体基因组和二倍体基因组中的显著差异,为进一步揭示棉属基因组的进化规律提供了基础。     

不同棉花种质资源耐热性鉴定

随着全球气候变暖,高温胁迫已经成为影响棉花产量的主要因素之一.中国棉花种植区,在7月和8月棉花花铃高峰期经常出现周期性极端高温胁迫,导致蕾铃脱落,降低了产量,因此棉花耐热性种质的筛选迫在眉睫.本试验在新疆吐鲁番自然高温条件下,调查200份不同棉花种质资源的脱落率、花粉活力、叶片萎蔫程度、花粉形态、不孕子率等田间性状.然后选择29份不同耐热性种质在河南安阳种植,调查30、35、40、45和50℃离体培养条件下的花粉萌发率.不同耐热性种质资源在自然高温条件下的鉴定指标和室内离体培养花粉萌发率存在着极显著的差异.而且不同鉴定指标间也存在着不同的相关性.结合田间调查结果和花粉离体培养萌发率,将29份种质划分为耐高温型、较耐高温型、高温较敏感型和高温敏感型种质,并初步确定了耐热性的鉴定指标.     

陆地棉优良种质综合评价

1997-1999年在江苏南京、河南安阳两个生态点对"八五"初选的55份棉花优良种质进行综合评价,鉴定生育期、铃重、衣分、产量、纤维品质、抗病性等农艺、经济性状.结果表明,各性状品种间差异显著;评价出某一性状优异或综合性状优良、遗传稳定的种质16份提供利用.     

雷蒙德氏棉和拟南芥基因启动子中顺式作用元件的分布

随着雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii)基因组草图的完成, 相关的基因组学研究已经全面展开。文章利用已公布的雷蒙德氏棉和拟南芥基因组序列, 结合顺式作用元件(cis-regulatory element, CRE)数据库PLACE中的CRE序列信息, 对两个物种中带有5′UTR注释的基因启动子上游1 000 bp序列进行CRE扫描和统计。结果表明, 雷蒙德氏棉和拟南芥基因组中分别有44(12.3%)和57(15.5%)个CRE在启动子的特定位置呈峰状分布, 其中在两个基因组均呈峰状分布的有34个, 这些CRE又可以根据核心序列分为4大类。TATABOX类CRE顶峰在启动子中出现的位置和其真实位置(~ -30 bp)具有一致性, 预示CRE真实位置在不同基因启动子中相对保守, 从而推测本研究中呈峰状分布CRE的顶峰位置可能就是转录因子和该CRE结合的真实位置。而同一CRE在两个基因组中存在的位置差异则主要源于雷蒙德氏棉基因的5′UTR长度变异大于拟南芥。另外, 文章还发现绝大多数峰状分布的CRE的位置都集中在-110 bp~0 bp之间, 这种集中的分布可能更有利于转录因子之间相互作用, 从而调控下游基因的表达。