盛花期抗虫杂交棉及其亲本叶片基因表达差异与杂种优势

采用DDRT-PCR技术,以棉花盛花期项尖叶片cDNA为材料,对上海生物工程公司合成的专用于基因差异显示分析的3个锚定引物和全套26个随机引物进行筛选,最后选择了15个扩增差异带丰富的随机引物。采用3个锚定引物和这15个随机引物组成的45对引物组合对24个抗虫棉杂交组合及其10亲本盛花期叶片cDNA进行扩增和差显,2次扩增重复率达70．1％,表明在扩增过程中存在较高的假阳性,通过重复PCR扩增,统计稳定扩增的条带,可减少假阳性干扰。根据基因表达方式,将其划分5种模式：MI为双亲表达沉默,双亲出现条带而杂种没有条带;M2为单亲表达沉默,带仅出现在亲本之一,包括仅母本有带而父本和杂种无带和仅父本有带而母本和杂种无带2种表达方式：M3为杂种特异表达,带仅出现在杂种,双亲无带;M4为单亲表达一致,带在双亲之一和杂种中出现,而在另一亲本中不出现,包括母本、杂种中有带而父本无带和父本、杂种中有带而母本无带2种方式;M5为基因表达一致,带在双亲和杂种中均出现。差显表达模式比例与产量性状和杂种优势分析表明：M4与所有产量性状均呈正相关,并且与单位面积铃数相关达显著水平,其他各种模式与杂种产量性状表型值均未达到显著水平;M2与单位面积铃数杂种优势呈显著负相关,M3与皮棉产量杂种优势呈显著正相关。上述结果表明,盛花期叶片中的基因显性表达和杂种特异表达有利于产量形成和杂种优势发挥。     

海岛棉NBS类型抗病基因类似物的起源、多样性及进化

利用已克隆植物的R基因NBS序列中保守模体合成简并引物,以海岛棉品系Pima 90(Gossypium barba—dense)基因组DNA为模板进行PCR扩增,通过T／A克隆、测序和序列比较分析共得到31条RGAs,其中19条具有连续的ORF。利用海岛棉的31条RGAs与GenBank中陆地棉种质系M—249(Gossypium hirsutum)的RGAs进行了比较分析,RGAs可分为两大类：其中第Ⅰ类全部为陆地棉的RGAs;第Ⅱ类分别包括了陆地棉和海岛棉的RGAs。同时对海岛棉RGAs的核苷酸和氨基酸序列进行系统发育树分析,表明海岛棉RGAs可分为TIR(Drosophila Toll or human inter—leukin receptor—1ike)和non—FIR两类,与前人所报道的R基因进化一致。对19条具有连续ORF的RGAs进行了结构分析,结果表明它们包括P—loop、Kin—2、“PLAL”及Meyers等所定义的RNBS—A、B、C3个模体。结果表明,可能海岛棉NBS类型抗病基因类似物和其他物种具有同样的起源和进化机制。     

棉花与番茄抗棉花黄萎病不依赖于Ve1

黄萎病是我国棉花的主要病害之一,发掘抗病基因和阐明抗病机制是开展棉花抗病分子育种的基础.本研究将目前唯一的植物抗黄萎病主效基因Ve1分别在本氏烟和陆地棉中超量表达,以探讨其在防控棉花黄萎病中的价值.研究发现,Ve1基因在本氏烟中超量表达后并未对番茄大丽轮枝菌2个生理小种和棉花黄萎病菌产生明显抗性.RT-PCR分析表明,Ve1并不能激活烟草抗病相关基因的表达,推测本氏烟中可能不存在完整的Ve1介导的抗黄萎病信号路径.Ve1超量表达的转基因棉花接种棉花黄萎病菌"V991"后表现出与本氏烟类似的结果,同时发现,陆地棉对番茄大丽轮枝菌1号生理小种表现出高抗性.利用番茄抗/感黄萎病近等基因系"Craigella GCR218"/"Craigella GCR26"进一步研究发现,2个番茄材料均对棉花落叶型强致病力黄萎病菌"V991"免疫,这暗示番茄对棉花黄萎病菌的抗性不依赖于Ve1.分子鉴定表明,棉花黄萎病菌与番茄大丽轮枝菌1号和2号生理小种存在明显区别,番茄大丽轮枝菌1号和2号生理小种均属于非落叶型黄萎病菌.本研究中鉴定的棉花黄萎病菌均不含有ave1基因,这可能是在棉花中超量表达Ve1并不能增强其棉花黄萎病菌抗性的直接原因.通过病毒介导的基因沉默,在抑制GbSERK1的表达后能显著削弱海岛棉对黄萎病菌的抗性,证实"海7124"中存在类似于Ve1的下游抗病信号路径.本研究还对棉花类受体蛋白的进化以及Ve1抗病信号路径在棉花抗黄萎病机制研究中的价值进行了探讨.     

新型标记SRAP在棉花F2分离群体及遗传多样性评价中的适用性分析

将新型分子标记SRAP(Sequence-related Amplified Polymorphism)应用于棉花的遗传研究,并建立了完整的PCR反应体系,此体系稳定可靠、扩增效果好、可重复性强。采用30个SRAP引物组合对海岛棉品种“Pima90”和陆地棉品种“邯郸208”进行比较扩增,29个引物组合可以获得多态性扩增,显示了较高的多态性。对上述两个品种的F2群体进行检测,共产生149个多态性条带,平均每个组合产生5．14个,单引物组合最多可产生13个多态性条带。用SRAP标记对11份陆地棉材料进行遗传多样性检测,30个引物组合中15个组合有多态性,得到22个多态性条带,显示了较高的多态性比率。研究结果表明,SRAP标记可在棉花分子生物学领域中广泛应用。     

亚洲棉种内群体异常偏分离的分子标记检测

利用3个形态标记、20个SSR和11个SRAP多态性标记,研究它们在“如东鸡脚桠果”与“美国中棉971”杂交的F2群体中的分离情况。结果表明,77.42%的分子标记表现为偏分离,所有的偏分离标记都偏向母本“如东鸡角桠果”;如此高的偏分离比例以及偏分离标记都偏向一个亲本,这种现象在棉花中是比较罕见的。3种类型的SSR标记和非物种特异性的SRAP标记都表现偏分离,而形态标记则表现为正常分离,这表明该异常偏分离现象是由材料本身的遗传特性所决定的。通过分析偏分离的共显性标记的等位基因频率(p=q)以及各种基因型频率(p2:2pq:q2)的F2分布,发现大多数标记的等位基因频率差异显著而F2基因型频率分布正常,表明这些标记产生偏分离可能是配子体选择的结果。     

四倍体栽培棉种产量和纤维品质性状的QTL定位

陆地棉和海岛棉是两个不同的四倍体栽培种 ,但在生产上各有其特点 ,陆地棉丰产性强 ,海岛棉纤维品质优良 ,利用其种间杂交群体定位产量和品质性状的QTL ,对于分子标记辅助的海岛棉优质纤维向陆地棉转移很有意义。以SSR和RAPD为分子标记 ,陆地棉与海岛棉杂种 (邯郸 2 0 8×Pima90 )F2 群体为作图群体 ,构建了一张含 12 6个标记的遗传图谱 ,包括 6 8个SSR标记和 5 8个RAPD标记 ,可分为 2 9个连锁群 ,标记间平均距离为 13 7cM ,总长1717 0cM ,覆盖棉花总基因组约 34 34% ;以遗传图 12 6个标记为基础 ,对F2 :3 家系符合正态分布的 10个农艺性状及纤维品质性状进行全基因组QTL扫描 ,结果发现 2 9个QTL分别与产量和品质性状有关。其中与衣指、籽指、皮棉产量、子棉产量、衣分等产量性状相关的QTL分别有 1、3、5、6和 1个 ,与纤维长度、整齐度、强度、伸长率和马克隆值等品质性状相关的QTL分别有 2、4、2、4和 1个。各QTL解释的变异量在 12 4 2 %～ 47 0 1%之间。其中比强度有关的 2个QTL能够解释的表型变异率分别为 34 15 %和 13 86 %。     

在自然衰老和诱导条件下棉花悬浮细胞程序性死亡的发生

棉花胚性悬浮细胞在MS 0.1mg/L2,4-D 0.1mg/LKT培养基中培养生长良好,但在不继代的情况下会自然衰老。培养至第17天,细胞生活力开始下降;至第21天可检测到核小体大小倍增的DNA梯(DNALadder)存在。42±3℃热激、10μmol/L喜树碱、20μmol/L串珠镰孢菌毒素和50mmol/L放线菌酮等胁迫诱导可分别引起MS 0.1mg/L2,4-D 0.1mg/LKT培养基中的棉花悬浮细胞发生程序性死亡。在MS 0.1mg/L2,4-D 0.1mg/LKT和MS 0.1mg/LIBA 0.1mg/LKT培养基中悬浮培养的棉花胚性细胞处于不同的生理状态,两种不同状态的棉花悬浮细胞对热激、喜树碱、串珠镰孢菌毒素等胁迫因子的反应不同。     

启动子诱捕在棉花基因组中的功能分析

利用根癌农杆菌介导的遗传转化,将启动子诱捕（Promoter trapping）元件插入到棉花基因组,获得141个独立的转化子,其中97％的转化子经PCR扩增为阳性。不同组织中GUS基因的表达频率为：根部48％,茎的微管组织9．2％,叶5．2％,花51％;同时检测了不同植株中GUS基因的表达模式,发现GUS基因在不同株系的植株间的表达模式呈现较大的差异,有些植株中GUS基因是组织特异表达,有些则是器官特异表达,有些则在多个器官中均有表达。所建立的启动子诱捕系统中的GUS基因高频率、多模式和时空特异性表达为分离基因及其调节序列、开展功能基因组研究奠定了坚实的基础。     

陆地棉体细胞胚胎发生与植株再生

利用陆地棉品种下胚轴为外植体进行体外培养研究。激素和品种是影响愈伤诱导和胚胎发生的主要因素。去除激素后胚性愈伤在固体培养基上只能形成少量的成熟胚。悬浮培养是获得大量成熟胚的中间步骤。悬培两周后,悬培物转到固体培养基上促进胚状体成熟,30—60目之间的悬培物比大于30目的悬培物易形成成熟胚。KT 0.1ppm、Zea 0.1ppm分别有效地促进了胚状体成熟。活性碳250mg/L、NAA 0.1ppm、IBA 0.1ppm和IAA 0.1ppm能使胚状体萌发并健壮生长。目前已得到100多株幼苗,大苗已达八片真叶。