陆地棉半野生种系的细胞学研究

对原产于墨西哥的8个陆地棉半野生种系进行了核型分析。其根尖细胞的染色体数目均为52。“墨西哥棉”、“阔叶棉”、“帕默尔氏棉”和“尖斑棉”为1B 核型。其中以“墨西哥棉”最为原始,2n=4x=52=44m(6SAT) 8sm。“尤卡坦棉”、“玛利加郎特棉”、“莫利尔氏棉”和“雷奇蒙德氏棉”为2B 核型。其中以后两个种系最进化,2n=4x=52=32m(2或4SAT) 20sm。讨论了各种系之间的可能的演化关系。     

基于苹果基因组开发梨的多态性SSR引物

从NCBI网站获取‘金冠’苹果基因组数据,在每条染色体上随机设计4对共68对引物。利用梨品种‘黄冠’和‘莱阳茌梨’及其F1代杂交群体(共94个单株)对这些引物的应用性进行验证,同时分析了该群体遗传多样性。(1)引物扩增结果显示,有40对引物可以扩增出预期目的条带,占设计引物数量的58.82%,其中16对引物能够扩增出多态性条带。(2)群体遗传多样性分析结果显示,有16对多态性引物扩增产物的等位基因数平均为2.312 5,有效等位基因数平均为2.001 4,平均杂合度观测值、期望杂合度和香农指数分别为0.548 3、0.490 5和0.746 2,表明可以在梨上运用。研究证明,SSR位点在苹果与梨之间可以转移应用。     

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。     

兼性无融合生殖龙须草SSR引物开发及杂交后代的检测

以来自中国5个省份12个居群的龙须草为材料,通过锚定PCR开发复合SSR引物、数据库检索和近缘物种SSR引物的引用等3种方法开发龙须草的SSR引物.结果显示:在锚定PCR开发复合SSR位点所设计的33对引物中筛选到有效扩增引物13对,表现多态性的引物有6对;利用基因特异序列法得到多态性引物3个;所用18条同源物种引物中有83%的SSR引物在供试的12个龙须草居群中都有清晰的SSR条带,其中56%的引物表现出多态性.3种方法在龙须草12个居群中共筛选得到了19对多态性引物,多态性比率约为73%.利用筛选得到的SSR多态性引物对来自2个居群的杂交F1代进行检测,鉴别出只有母本带型的无融合生殖后代和具有双亲带型的杂交后代,在子代中还出现偏父本带型、亲本缺失带型和变异带型等,证明所开发的SSR引物可以揭示龙须草生殖方式的复杂性,适用于龙须草遗传分析及亲缘关系鉴定.     

广西药用野生稻遗传多样性分析及SSR引物数量对遗传多样性结果的影响研究

采用25对SSR分子标记,对广西境内采集的1610份药用野生稻材料进行遗传多样性和聚类分析,其中检测到等位变异181个,有效等位基因数Ae范围为1.0094(RM240)~2.2674(RM488),平均值为1.3568;期望杂合度He范围为0.0093(RM240)~0.5591(RM448),平均值为0.2112;Shannon多样性指数I在0.0393~0.9296之间变动,平均值为0.3624。数据表明,广西药用野生稻遗传多样性较为丰富,12个药用野生稻地理居群按遗传多样性指数大小排序为:梧州-3南宁-1梧州-2梧州-1南宁-2玉林-2贵港-2梧州-4玉林-3玉林-1贺州贵港-1,其中指数高的居群均分布于梧州市和南宁市两地,因此确定了这两地为广西药用野生稻的遗传多样性中心。通过不同数量的SSR引物对药用野生稻材料间相似系数矩阵进行相关性测验,结果显示当引物按照PIC值降序排列时,10对引物即达到较好聚类效果,升序排列时,21对引物即达到较好聚类效果。研究表明,在进行药用野生稻大居群聚类分析时,SSR引物适宜数量应多于21对,最低不得少于10对。     

能源作物芒属双药芒组SSR引物的筛选及其评价

禾本科芒属植物具有在边际性土地(marginal land)上驯化成为高产能源作物的巨大潜力,其中尼泊尔芒(Miscanthus nepalensis)和双药芒(M.nudipes)两个双药芒组物种分布于喜马拉雅-黄断山地区,是具有耐寒及抗旱特性的优良种质资源.为了了解其遗传多样性和群体遗传结构,需要筛选出有效的分子标...     

芜菁SSR引物的开发及多态性分析

目的:用于芜菁的简单序列重复(SSR)标记数量有限,初步探索多态性较好SSR的结构特性,开发更多的SSR引物,有助于芜菁的研究。方法:开发680对新的SSR引物,以2个芜菁品种为模板进行多态性扩增,筛选出多态性较好的引物。结果:565(83.1%)对引物在2种芜菁之间能够有效扩增,有多态性的引物有141对(20.7%);SSR的长度与其多态性水平之间没有直接的线性关系,但SSR基序碱基数与重复次数和多态性水平之间存在一定的联系,即3碱基为基序、7次重复的SSR多态性较好。结论:SSR的类型与引物的多态性之间有一定的联系。     

羽叶金合欢的DNA提取和SSR引物筛选

利用SSR分子标记对羽叶金合欢( Acacia pennata )的野生种和栽培种进行了分析,利用改良的CTAB方法优化了其总DNA的提取方法,并优化了PCR扩增条件.从已有的金合欢属植物的82对SSR引物中筛选出多态性高,稳定性好的12对引物作为羽叶金合欢的SSR分析引物,为进一步对其进行遗传多样性研究提供了依据.     

利用SRAP和SSR分子标记检测分析29份棉花种质遗传完整性

利用SRAP和SSR分子标记检测29份棉花种质遗传完整性。结果表明,无论每一份不同更新发芽率水平繁殖后代的种质之间,还是每一份不同繁殖世代数种质之间,其等位基因频率差异不显著,也没有检测到稀有等位基因缺失的情况。本试验表明不同更新发芽率水平和繁殖世代数差异没有对棉花这种常异花授粉作物种质遗传完整性变化产生影响。     

Evaluation of SSR Markers for the Assessment of Genetic Diversity and Fingerprinting of Gossypium hirsutum Accessions

A total 177 simple sequence repeat (SSR) markers were screened using a set of 47 Upland cotton genotypes comprising 14 commercial varieties, 14 germplasm accessions and 19 advanced breeding lines to identify informative markers for genetic diversity assessment and fingerprinting in G. hirsutum. Only 21% (381177) of SSR markers tested showed polymorphism with a mean of 2.18 alleles per locus and with average polymorphism information content (PIC) of 0.32. The SSR markers revealed a Jaccard’ similarity coefficient ranging between 0.43 and 0.89, with an average of 0.67 among accessions. Cluster analysis using unweighted pair group method with arithmetic averages (UPGMA) and principal component analysis (PCA) indicated that majority of the genotypes were very closely related. All the 47 genotypes showed heterorygosity for at least one of the SSR loci. We discovered 19 rare and 6 unique alleles among the tested genotypes of cotton. Fingerprint based on all the 38 loci revealed a probability of identical match by chance of 3.98x10. A set of ten SSR markers was identified which could distinguish all the 47 genotypes with a moderate probability of identical match by chance (X?_D ⁿ = 0.01).     

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HSP70基因家族的进化分析及其同源基因在陆地棉中的表达分析

热激蛋白70家族(HSP70)是一类在植物中高度保守的分子伴侣蛋白,在细胞中协助蛋白质正确折叠。文章利用隐马可链夫模型(HMM)在雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii L.)全基因组范围内进行HSP70基因家族成员进化分析,共得到30个HSP70家族成员。利用生物信息学对雷蒙德氏棉HSP70基因的结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析,结果表明,HSP70基因家族根据亚细胞定位结果可分为不同的基因亚家族,各亚家族中HSP70基因具有相对保守的基因结构;染色体片段重复和串联重复是雷蒙德氏棉HSP70基因家族扩增的主要方式。通过对不同物种的HSP70基因家族进行系统进化分析可知,HSP70亚组的分化发生在单细胞植物形成前,且细胞质型HSP70成员大量扩增。比较陆地棉棉纤维发育不同时期的深度测序表达谱,发现HSP70基因可能参与棉纤维的生长发育。本研究结果有助于了解棉属植物HSP70基因家族的功能,以期为深入研究棉纤维发育过程中的分子调控机理提供基础。     

SSR marker-assisted improvement of fiber qualities in Gossypium hirsutum using G. barbadense introgression lines

Key message

This study demonstrates the first practical use of CSILs for the transfer of fiber quality QTLs into Upland cotton cultivars using SSR markers without detrimentally affecting desirable agronomic characteristics.

Abstract

Gossypium hirsutum is characterized by its high lint production and medium fiber quality compared to extra-long staple cotton G. barbadense. Transferring valuable traits or genes from G. barbadense into G. hirsutum is a promising but challenging approach through a traditional interspecific introgression strategy. We developed one set of chromosome segment introgression lines (CSILs), where TM-1, the genetic standard in G. hirsutum, was used as the recipient parent and the long staple cotton G. barbadense cv. Hai7124 was used as the donor parent by molecular marker-assisted selection (MAS). Among them, four CSILs, IL040-A4-1, IL080-D6-1, IL088-A7-3 and IL019-A2-6, found to be associated with superior fiber qualities including fiber length, strength and fineness QTL in Xinjiang were selected and backcrossed, and transferred these QTLs into three commercial Upland cotton cultivars such as Xinluzao (XLZ) 26, 41 and 42 grown in Xinjiang. By backcrossing and self-pollinating twice, five improved lines (3262-4, 3389-2, 3326-3, 3380-4 and 3426-5) were developed by MAS of background and introgressed segments. In diverse field trials, these QTLs consistently and significantly offered additive effects on the target phenotype. Furthermore, we also pyramided two segments from different CSILs (IL080-D6-1 and IL019-A2-6) into cultivar 0768 to accelerate breeding process purposefully with MAS. The improved lines pyramided by these two introgressed segments showed significant additive epistatic effects in four separate field trials. No significant alteration in yield components was observed in these modified lines. In summary, we first report that these CSILs have great potential to improve fiber qualities in Upland cotton MAS breeding programs.     

陆地棉的核型模式

陆地棉的核型公式为2n=4x=52=30m+20sm(4SAT)+2st(2SAT); 染色体绝对长度平均3.40μm; 臂比值最大与最小的分别是4.02和1.14,平均1.77;随体3对,分别位于第12、19和26对同源染色体的短臂上;最长与最短染色体的比值为2.36;其核型属于Stebbin的2B类型。 Abstract:Karyotype formula of Gossypium hirsutum L.was 2n=4s=52=30m+20m (4SAT)+2st (2SAT); and its absolute lengths of chromosomes averaged 3.40μm; arm ratio differed from 1.24 to 4.02,with the mean value of 1.77; three pairs of satellite chromosomes; the ratio of the longest to the shortest chromosomes was 2.36; and the karyotype belonged to 2B in Stebbin’s classification.     

陆地棉主要产量相关性状的SSR标记关联分析

高产优质育种是我国棉花育种的主要目标。寻找与目标性状关联的分子标记,可克服常规育种的盲目性,提高分子标记辅助选择育种的准确性。本研究对118份陆地棉种质资源的衣分、单铃重、单株铃数及子指等4个产量相关性状进行2年2点的表型鉴定,并利用覆盖全基因组的、有多态性的214对SSR标记进行标记与性状的关联分析。结果表明:118份材料的4个产量相关性状表型变异丰富,平均变异系数的变幅在6.1%~19.1%之间,且在各环境中表现较为稳定;基因型分析表明,214对标记共检测到460个等位变异,基因多样性指数平均为0.5151,PIC值平均为0.4587,表明该批标记具有较多的等位变异数和较高的基因多样性;群体结构分析表明该批材料可分为4个亚群,且各类群中材料与地理来源无对应关系;关联分析结果显示,在显著条件下(-log10P1.3,P0.05),共有39个标记位点能够在2个及2个以上的环境中同时检测到,其中有4个标记位点同时与2个以上性状相关联,进一步比较发现,有7个位点与前人研究结果一致,其余32个位点为新发现的位点。研究结果可为陆地棉产量性状遗传改良的分子标记辅助选择提供理论依据。     

陆地棉GST基因家族全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一种普遍存在的具有多功能的超家族蛋白,在植物初次生代谢、逆境胁迫、胞间信号传递等方面具有重要作用;同时,作为配体其在植物激素代谢以及物质转运方面也发挥作用。为了解析陆地棉(Gossypium hirsutum L.) GST基因家族的信息,本研究对该基因家族成员的种类、进化关系、物理定位、基因结构和保守基序以及表达模式进行了分析。结果显示,在陆地棉全基因组中共含有70个GST基因,进化树和基因结构分析将该家族分为U族、F族、T族、Z族、EF1Bγ族和TCHQD族。基因定位分析发现,除了AD/At2、AD/At4、AD/At5、AD/Dt5、AD/Dt10号染色体上没有GST基因外,其他染色体上都有GST基因,并且在AD/At9、AD/Dt7、AD/Dt12、AD/Dt13这4条染色体上出现基因簇。对F族(Phi类) 9个GST基因进行荧光定量分析,结果表明,除GhGSTF1可能为假基因外,GhGSTF2~9等8个基因在陆地棉根、茎、叶以及各个发育时期的纤维中均有表达;结合生物信息学分析,推测GhGSTF8可能参与原花青素/花青素的转运和积累;GhGSTF4、GhGSTF6和GhGSTF9可能在调节陆地棉的生长和胁迫反应中起作用,而GhGSTF2、GhGSTF3、GhGSTF5和GhGSTF7的功能还有待进一步研究。本研究为陆地棉GST基因家族的分子进化及功能研究提供了理论依据。     

An integrative analysis of four CESA isoforms specific for fiber cellulose production between Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense

Cotton fiber is an excellent model system of cellulose biosynthesis; however, it has not been widely studied due to the lack of information about the cellulose synthase (CESA) family of genes in cotton. In this study, we initially identified six full-length CESA genes designated as GhCESA5–GhCESA10. Phylogenetic analysis and gene co-expression profiling revealed that CESA1, CESA2, CESA7, and CESA8 were the major isoforms for secondary cell wall biosynthesis, whereas CESA3, CESA5, CESA6, CESA9, and CESA10 should involve in primary cell wall formation for cotton fiber initiation and elongation. Using integrative analysis of gene expression patterns, CESA protein levels, and cellulose biosynthesis in vivo, we detected that CESA8 could play an enhancing role for rapid and massive cellulose accumulation in Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense. We found that CESA2 displayed a major expression in non-fiber tissues and that CESA1, a housekeeping gene like, was predominantly expressed in all tissues. Further, a dynamic alteration was observed in cell wall composition and a significant discrepancy was observed between the cotton species during fiber elongation, suggesting that pectin accumulation and xyloglucan reduction might contribute to cell wall transition. In addition, we discussed that callose synthesis might be regulated in vivo for massive cellulose production during active secondary cell wall biosynthesis in cotton fibers.