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Genetic Diversity,Population Structure,and Genome-Wide Association Study of Seven Agronomic Traits in 273 Diverse Upload Cotton Accessions

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2023年第12期92卷 3345-3357页

作者： Yajun Liang Juyun Zheng Junduo Wang Zhaolong Gong Zhiqiang Li Ling Min Zeliang Zhang Zhiwei Sang yanying qu Xueyuan Li quanjia Chen Cash Crops Research Institute of Xinjiang Academy of Agricultural Science(XAAS) UrumqiChina Engineering Research Centre of Cotton of Ministry of Education Xinjiang Agricultural UniversityUrumqiChina R&D Department Adsen Biotechnology CorporationUrumqiChina National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement Huazhong Agricultural UniversityWuhanChina

Upland cotton(Gossypium hirsutum)is the most important plant producing natural fibers for the textile *** this study,we first investigated the phenotypic variation of seven agronomic traits of 273 diverse cotton accessions in the years 2017 and 2018,which were from 18 geographical *** found large variations among the traits in different geographical regions and only half of the traits in either years 2017 or 2018 followed a normal *** then genotyped the collection with 81,612 high quality *** tree and population structure revealed a diverse genetic structure of the core collection,and geographical diversification was an important factor,but account for part of the variances of genetic *** then performed genome-wide association study for the seven traits in the years 2017 and 2018,and the average values of each trait in the two years,*** identified a total of 19 significant marker-trait associations and found that Pollen Ole e 1 allergen/extension could be the candidate gene associated with the fall-off cotton bolls from the last three *** addition,large variations were observed for the heritability of traits in the years 2017 and *** results provide new potential candidate genes for further functional validation,which could be useful for genetic improvement and breeding of new cotton cultivars with better agronomic performances.

关键词： Upland cotton agronomic trait genetic diversity population structure genome-wide association study

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Genome-wide association study of micronaire using a natural population of representative upland cotton(Gossypium hirsutum L.)

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Journal of Cotton Research 2021年第2期4卷 114-125页

作者： SONG Jikun PEI Wenfeng MA Jianjiang YANG Shuxian JIA Bing BIAN Yingying XIN Yue WU Luyao ZANG Xinshan qu yanying ZHANG Jinfa WU Man YU Jiwen State Key Laboratory of Cotton Biology Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Institute of Cotton ResearchChinese Academy of Agricultural SciencesAnyang455000HenanChina Engineering Research Centre of Cotton Ministry of Education/College of AgricultureXinjiang Agricultural UniversityUrumqi830052XinjiangChina Department of Plant and Environmental Sciences New Mexico State UniversityLas Cruces880033NMUSA

Background: Micronaire is a comprehensive index reflecting the fineness and maturity of cotton *** is one of the important internal quality indicators of the cotton fiber and is closely related to the value of the cotton *** the genetic basis of micronaire is required for the genetic improvement of the ***,the genetic architecture of micronaire at the genomic level is *** present genome-wide association study(GWAS)aimed to identify the genetic mechanism of the micronaire trait in 83 representa:tive upland cotton lines grown in multiple *** GWAS of micronaire used 83 upland cotton accessions assayed by a Cotton 63 K Illumina Infinium single nucleotide polymorphism(SNP)array.A total of 11 quantitative trait loci(QTLs)for micronaire were detected on 10 *** 11 QTLs included 27 identified genes with specific expression patterns.A novel QTL,qFM-A12–1,included 12 significant SNPs,and GhFLA9 was identified as a candidate gene based on haplotype block analysis and on strong and direct linkage disequilibrium between the significantly related SNPs and ***9 was expressed at a high level during secondary wall thickening at 20∼25 days *** expression level of GhFLA9 was significantly higher in the low micronaire line(Msco-12)than that in the high micronaire line(Chuangyou-9).Conclusions: This study provides a genetic reference for genetic improvement of cotton fiber micronaire and a foundation for verification of the functions of GhFLA9.

关键词： Upland cotton(Gossypium hirsutum L.) Fiber micronaire GWAS Candidate genes GhFLA9

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海岛棉GbHCT13基因的功能验证

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西北植物学报 2021年第9期41卷 1439-1449页

作者：滕露郑凯曲延英陈全家新疆农业大学农学院/农业生物技术重点实验室乌鲁木齐830052

该研究利用海岛棉‘新海21’和陆地棉ND203以及模式植物拟南芥,通过转基因及荧光定量检测等方法探究海岛棉GbHCT13基因(GenBank登录号MW048849)在纤维发育中的功能。结果显示:(1)成功构建重组载体pCAMBIA3301-GbHCT13,经农杆菌介导法转... 详细信息

该研究利用海岛棉‘新海21’和陆地棉ND203以及模式植物拟南芥,通过转基因及荧光定量检测等方法探究海岛棉GbHCT13基因(GenBank登录号MW048849)在纤维发育中的功能。结果显示:(1)成功构建重组载体pCAMBIA3301-GbHCT13,经农杆菌介导法转化、除草剂抗性基因筛选、荧光定量检测方法鉴定获得转GbHCT13基因拟南芥T3代植株4株;qRT-PCR检测表明,转基因植株中GbHCT13基因表达量较野生型极显著增加。(2)转基因拟南芥过表达GbHCT13基因使植株同一时期的生长较野生型旺盛,株形、叶片数、抽薹数和茎秆表皮毛数量均与野生型存在差异;组织化学分析发现,转GbHCT13基因的拟南芥较野生型茎秆初生木质部生长活跃,导管增粗,次生木质部导管细胞壁横截面积变大,但髓质细胞无明显变化;过表达GbHCT13使拟南芥中木质素合成途径基因发生不同程度改变,其中CAD、CCoAOMT、PAL和4CL与GbHCT13基因的表达呈正相关。(3)经大田筛选、分子鉴定,成功获得转GbHCT13基因棉花植株3株;转GbHCT13基因棉花的棉纤维伸长率增加,纤维强度增大;沉默GbHCT13基因使棉花植株木质素含量降低,茎秆表皮毛数量减少,木质部导管细胞数量减少,导管细胞壁中木质素沉积量降低,而棉株并未发生株高上的明显矮化现象,且木质素合成通路中的CAD、CCoAOMT、CCR、PAL 4个基因的表达均呈降低趋势,说明抑制GbHCT13使得棉花生长代谢受阻,影响纤维发育起始。研究表明,GbHCT13基因能影响棉花植株中木质素合成从而调控纤维的生长发育,其功能与GbHCT13基因在模式植物拟南芥中的基本一致。

关键词：海岛棉 GbHCT13基因转基因基因沉默功能验证

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抗大丽轮枝菌黄萎病的棉花种质资源鉴定与分析

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分子植物育种 2022年第11期20卷 3677-3685页

作者：邓亚辉陈全家曲延英新疆农业大学农学院农业生物技术重点实验室棉花教育部工程研究中心乌鲁木齐830052

为获得抗黄萎病的棉花品种,本研究以106份棉花种质资源为供试材料,本试验采用人工伤根蘸菌法对棉花成株期进行抗病性表型检,发现均值的相关系数r^(2)与各环境下的鉴定结果相关性均在0.5以上,表明田间温室的鉴定结果呈现极显著相关。用... 详细信息

为获得抗黄萎病的棉花品种,本研究以106份棉花种质资源为供试材料,本试验采用人工伤根蘸菌法对棉花成株期进行抗病性表型检,发现均值的相关系数r^(2)与各环境下的鉴定结果相关性均在0.5以上,表明田间温室的鉴定结果呈现极显著相关。用组间连聚及欧式平方距离法将106份资源材料分为5大类。其中,Ⅰ类包含‘806-1'和‘石远321'等32份高抗材料,占总体材料的30.2%;Ⅱ类包含‘10599'和‘中棉49'等35份抗病材料,占供试材料的33%;Ⅲ类包含‘08401'和‘C1470'等30份耐病材料,占供试材料的28.3%;Ⅳ类包含,军棉1号,和‘新陆早26'等7份感病材料,占供试材料的6.6%;Ⅴ类包含‘吉扎'和‘齐L3'2个免疫材料,占供试材料的2%。本研究结果表明,所采用的供试资源材料的抗性水平非单一化,说明收集的供试棉花品种的遗传背景相对丰富,鉴定结果可为棉花抗病育种工作提供优质的亲本材料,为杂交群体构建提供基础。

关键词：棉花黄萎病种质资源抗性评价

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棉花HSP70基因的克隆与原核表达

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西北植物学报 2015年第4期35卷 688-693页

作者：刘娜曲延英陈全家倪志勇新疆农业大学农学院新疆农业大学农业生物技术重点实验室乌鲁木齐830052

以抗旱性较强的棉花品种‘KK1543’为材料,采用RT-PCR技术克隆了1个棉花HSP70基因,命名为GhHSP70。研究结果表明:GhHSP70基因开放阅读框长1 997bp,编码648个氨基酸,GhHSP70蛋白相对分子量为70.94kD,等电点为4.83。氨基酸序列比对和系统... 详细信息

以抗旱性较强的棉花品种‘KK1543’为材料,采用RT-PCR技术克隆了1个棉花HSP70基因,命名为GhHSP70。研究结果表明:GhHSP70基因开放阅读框长1 997bp,编码648个氨基酸,GhHSP70蛋白相对分子量为70.94kD,等电点为4.83。氨基酸序列比对和系统进化树分析发现,GhHSP70与欧洲大叶杨HSP70的亲缘关系最近,氨基酸序列一致性达到96.4%。为进一步分析基因的功能,构建原核表达载体pGEX-4T-1-GhHSP70,并在大肠杆菌中异源表达。SDS-PAGE分析表明所表达蛋白与预期蛋白大小一致,重组蛋白在37℃,0.2mmol/L IPTG诱导2h时表达量最大。研究为进一步研究棉花HSP70基因功能奠定基础。

关键词：棉花热激蛋白70 基因克隆原核表达

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基于无人机多光谱影像的棉花SPAD值及叶片含水量估测

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农业工程学报 2023年第2期39卷 61-67页

作者：闫成川曲延英陈全家武红旗张博彭海垒陈琴新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心乌鲁木齐830052 新疆农业大学草业与环境科学学院乌鲁木齐830052

利用多光谱快速准确获取棉花花铃期旱胁迫性状对棉花后期产量和纤维品质具有重要帮助。为实现棉花关键抗旱指标的快速检测,该研究以253份棉花品种为材料,设置干旱胁迫和正常灌溉2个处理,在花铃期通过大疆精灵4多光谱无人机获得图像,分... 详细信息

利用多光谱快速准确获取棉花花铃期旱胁迫性状对棉花后期产量和纤维品质具有重要帮助。为实现棉花关键抗旱指标的快速检测,该研究以253份棉花品种为材料,设置干旱胁迫和正常灌溉2个处理,在花铃期通过大疆精灵4多光谱无人机获得图像,分析花铃期干旱胁迫和正常处理棉花的光谱反射率,结合地面调查叶绿素相对值(S_(PAD))和叶片含水量(L_(WC))数据,结合神经网络算法中的径向基函数进行模型的预测。结果显示:棉花干旱胁迫前后除红光反射值略上升,其余4个光谱均小于正常处理;通过径向基函数模型估测S_(PAD)和L_(WC)的最佳估测模型都为二次函数,决定系数R^(2)分别为0.8488和0.9366,均方根误差R_(MSE)分别为2.005和0.930,相对误差R_(E)分别为0.004和0.011;将2个模型应用于试验区影像,对S_(PAD)及L_(WC)预测值进行聚类分析,根据S_(PAD)聚类结果,试验棉花旱情等级划分为特旱、重旱、中旱、轻旱、无旱5类,根据LWC聚类结果,试验棉花旱情等级划分为特旱、重旱、中旱、干旱、轻旱、无旱6类。以上模型及分类效果良好且符合棉花干旱胁迫的特点,研究结果可为快速评价棉花抗旱性、挖掘棉花抗旱基因提供技术支持。

关键词：无人机棉花多光谱干旱胁迫 SPAD值叶片含水量农情监测

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陆地棉干旱胁迫基因GhRBCO的克隆与表达分析

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分子植物育种 2021年第3期19卷 711-717页

作者：孙丰磊汪志星曲延英陈全家新疆农业大学农学院农业生物技术重点实验室乌鲁木齐830052

Rubisco蛋白(ritmlose-1,5-bisphosphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco)的上调表达是植物应对非生物胁迫的特征之一。本研究在前期蛋白质组学分析的结果上,利用同源克隆获得陆地棉‘KK1543’在干旱胁迫下差异表达的基因GhRBCO。Gh... 详细信息

Rubisco蛋白(ritmlose-1,5-bisphosphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco)的上调表达是植物应对非生物胁迫的特征之一。本研究在前期蛋白质组学分析的结果上,利用同源克隆获得陆地棉‘KK1543’在干旱胁迫下差异表达的基因GhRBCO。GhRBCO基因编码区长747 bp,编码249个氨基酸;比对氨基酸序列及同源性分析发现,GhRBCO与其它植物中的RBCO蛋白的一致性较高,表明该基因在进化过程中是相当保守的。系统进化树结果显示,GhRBCO与雷蒙德氏棉、亚洲棉和黄花嵩的同源性最高。利用荧光定量PCR技术在15%PEG胁迫下研究该基因表达变化,表达量在棉花的根、茎和叶中都表现为先缓慢升高后降低的变化趋势,在根中表达量在24 h达到第一次最高;在茎中于12 h表达量最低。该基因的表达量在棉花的根、茎、叶中都呈上调表达水平。结果表明,GhRBCO基因可能参与棉花调节非生物胁迫机制。本研究结果为进一步研究GhRBCO基因的功能奠定了一定的基础。

关键词：陆地棉 Rubisco 基因克隆生物信息学分析表达分析

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陆地棉GhMYB9基因克隆及结合特性分析

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核农学报 2017年第3期31卷 440-446页

作者：邱迎风倪志勇刘娜陈全家曲延英新疆农业大学农学院/新疆农业大学农业生物技术重点实验室新疆乌鲁木齐830052 中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室河南安阳455000

MYB转录因子蛋白普遍存在于植物中,广泛参与植物的生长发育和代谢调控。为研究GhMYB9基因对棉纤维的调控机制,使用PCR方法,从棉花中克隆1个R2R3-MYB基因GhMYB9(Gen Bank登录号:AF336286.1);利用生物信息学方法分析其氨基酸序列;构建酵... 详细信息

MYB转录因子蛋白普遍存在于植物中,广泛参与植物的生长发育和代谢调控。为研究GhMYB9基因对棉纤维的调控机制,使用PCR方法,从棉花中克隆1个R2R3-MYB基因GhMYB9(Gen Bank登录号:AF336286.1);利用生物信息学方法分析其氨基酸序列;构建酵母表达载体。结果表明,该基因c DNA全长1 145 bp,开放阅读框长795 bp,编码264个氨基酸,预测其蛋白分子量约为29.624 k D,等电点为9.13。推测的氨基酸序列中含有2个高度保守的SANT结构域。GhMYB9基因组包含2个外显子和1个内含子。进化树分析表明,GhMYB9和Gh MYB聚在同一分支(HQ234875.1)。酵母单杂交试验结果表明,GhMYB9转录因子能够特异结合AC顺式作用元件。本研究结果为进一步阐明GhMYB9的生物学功能奠定了基础。

关键词：棉花 GhMYB9 克隆酵母单杂交

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基于BSA分析技术对陆地棉抗旱基因的鉴定

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新疆农业科学 2023年第10期60卷 2341-2351页

作者：孙丰磊任姣姣雷斌高文伟曲延英新疆农业大学农学院乌鲁木齐830052 新疆农业科学院核技术生物研究所乌鲁木齐830052

【目的】研究抗旱相关的候选基因,为棉花抗旱性鉴定与评价和抗旱基因的挖掘提供理论依据。【方法】以陆地棉石远321和奎85-174为亲本构建重组自交系中选取的20份极端抗旱和旱敏感材料,将筛选的极端材料分别构建极端抗旱池、极端敏旱池,... 详细信息

【目的】研究抗旱相关的候选基因,为棉花抗旱性鉴定与评价和抗旱基因的挖掘提供理论依据。【方法】以陆地棉石远321和奎85-174为亲本构建重组自交系中选取的20份极端抗旱和旱敏感材料,将筛选的极端材料分别构建极端抗旱池、极端敏旱池,与亲本进行BSA测序分析,以陆地棉基因组为参考,通过BSA测序分析,挖掘抗旱相关的候选基因。【结果】关联到3个相关的候选区域,候选区域的总长度为6.12 Mb,其中共包含86个基因。结合GO注释、KEGG通路和前期筛选出的5个关键指标,共筛选出5个候选基因。【结论】5个基因在叶片中的表达量显著高于根和茎,并且在抗旱性强材料中的表达量均高于抗旱性弱的材料,且总体呈先上升后下降的趋势。

关键词：陆地棉抗旱性 BSA 基因表达

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海岛棉种质资源遗传多样性及对黄萎病的抗性鉴定

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西北植物学报 2024年第10期44卷 1626-1638页

作者：姜梦竹杨育哲吕涛曲延英陈全家郑凯新疆农业大学农学院棉花教育部工程研究中心乌鲁木齐830052

【目的】通过田间抗病性与室内苗期抗病性联合鉴定和分析,掌握海岛棉种质资源的抗病性分布状况,为筛选出黄萎病的高抗资源提供基础。【方法】以本课题组的238份海岛棉种质资源为鉴定对象,于2023年在库尔勒和阿瓦提通过自然病田小区试验... 详细信息

【目的】通过田间抗病性与室内苗期抗病性联合鉴定和分析,掌握海岛棉种质资源的抗病性分布状况,为筛选出黄萎病的高抗资源提供基础。【方法】以本课题组的238份海岛棉种质资源为鉴定对象,于2023年在库尔勒和阿瓦提通过自然病田小区试验,并联合室内苗期接菌的方法,对海岛棉资源进行黄萎病抗病性鉴定和评价。【结果】对238份海岛棉种质资源的15个指标遗传多样性分析,变异系数范围为2.00%~36.97%,均值为16.05%。于不同环境进行抗性鉴定发现变异系数范围为8.40%~71.06%。结合4个不同环境分析未鉴定到对黄萎病完全免疫及高抗的种质资源材料,鉴定出30份抗病材料,194份耐病材料,14份感病材料。【结论】海岛棉种质资源对大部分黄萎病都具有抗耐性,可从海岛棉种质资源中鉴定和选育对黄萎病抗性强的种质资源。

关键词：种质资源遗传多样性黄萎病抗性鉴定海岛棉

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