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陆地棉开花相关基因GhFLP5的表达及功能分析

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中国农业科学 2017年第12期50卷 2220-2233页

作者：王聪聪张晓红王小艳张盼范术丽庞朝友马启峰魏恒玲王寒涛宿俊吉喻树迅中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室

【目的】克隆陆地棉开花促进因子家族的一个基因Flowering Promoting Factor1-like Protein 5(Gh FLP5),并对其时空表达模式进行研究,解析其在开花调控过程中的作用,为创制早熟陆地棉材料奠定基础。【方法】根据NCBI数据库中的序列,用Ol... 详细信息

【目的】克隆陆地棉开花促进因子家族的一个基因Flowering Promoting Factor1-like Protein 5(Gh FLP5),并对其时空表达模式进行研究,解析其在开花调控过程中的作用,为创制早熟陆地棉材料奠定基础。【方法】根据NCBI数据库中的序列,用Oligo7软件设计引物,以中棉所50(CCRI50)的c DNA为模板,克隆获得Gh FLP5。在Ex PASy网站上预测其蛋白的理化性质,同时在NCBI中检索其他物种中的FPF蛋白,使用Clustal X2进行多重序列比对,并用MEGA6构建系统进化树;取陆地棉早熟品种CCRI50和中晚熟品种鲁棉研28(Lu28)不同生长时期、不同组织的样品,对Gh FLP5的时间和空间表达模式进行分析;从基因组数据库中调取Gh FLP5起始密码子上游1 500 bp的片段,用Plant CARE在线工具预测其顺式作用元件,选取相关激素对二叶期棉花幼苗进行叶面喷施处理,研究Gh FLP5的应答反应;构建植物表达载体p BI121-Gh FLP5,转化拟南芥,观察转基因株系的表型,并用q RT-PCR对其内源基因表达的变化进行测定。【结果】Gh FLP5开放阅读框长300 bp,编码的蛋白质分子量为11.4 k D,共包含3个比较保守的区域,与大豆、苜蓿和毛果杨的开花促进因子亲缘关系较近。空间表达模式分析表明,Gh FLP5在叶片中优势表达,且在早熟品种CCRI50中的表达量显著高于晚熟品种Lu28;时间表达模式分析表明,在CCRI50中其表达量高峰出现在三叶期,而在Lu28中四叶期表达量最高。Gh FLP5的启动子上主要存在两大类顺式作用元件,一类是光响应元件和生物钟元件,一类是胁迫响应元件。根据顺式作用元件的分布和功能选取水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)喷施处理棉花幼苗,结果表明,Gh FLP5能响应外源SA和ABA而上调,也会被外施JA抑制。组成型表达Gh FLP5的拟南芥株系抽薹时间提前约9 d,开花时间提前约7 d,莲座叶数目减少,差异达到极显著水平。荧光定量的结果表明转基因拟南芥中促进开花的基因LEAFY(At LFY)、SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS(At SOC1)、FLOWERING LOCUS T(At FT)、APETALA1(At AP1)和FRUITFULL(At FUL)表达量显著升高,抑制开花的基因Flowering Locus C(At FLC)表达量显著降低。在转基因拟南芥中生长素应答基因SMALL AUXIN UPREGULATED 20(At SAUR20)和SMALL AUXIN UPREGULATED22(At SAUR22)显著上调,具有生物活性的赤霉素(GA)合成的相关基因GIBBERELLIN 20-OXIDASE 1(GA20OX1)的表达量提高2倍。【结论】转基因拟南芥早花表型明显,Gh FLP5可能在调控中发挥了双重作用,通过IAA和GA途径促进拟南芥的开花转型。

关键词：陆地棉开花时间 Gh FLP5 表达模式基因功能

陆地棉钾转运体基因GhHAK5的序列特征及表达分析

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作物学报 2018年第2期44卷 236-244页

作者：晁毛妮温青玉张志勇胡根海张金宝王果王清连河南科技学院/现代生物育种河南省协同创新中心/河南省棉麦分子生态与种质创新重点实验室河南新乡453003 河南省农业科学院河南郑州450002

KUP/HAK/KT钾转运体基因家族对植物吸收钾离子发挥重要作用,鉴定和克隆棉花的钾转运体基因,对于改良棉花的钾吸收特性,提高棉花的产量和品质具有重要意义。基于已测序的陆地棉基因组序列,本研究通过同源克隆的方法鉴定到陆地棉钾转运体... 详细信息

KUP/HAK/KT钾转运体基因家族对植物吸收钾离子发挥重要作用,鉴定和克隆棉花的钾转运体基因,对于改良棉花的钾吸收特性,提高棉花的产量和品质具有重要意义。基于已测序的陆地棉基因组序列,本研究通过同源克隆的方法鉴定到陆地棉钾转运体基因GhHAK5,并以陆地棉品种百棉1号为材料对其CDS序列进行扩增。结果表明,GhHAK5基因的CDS全长为2451 bp,编码816个氨基酸,分子量和等电点分别为91.23 k D和8.15。GhHAK5蛋白具有KUP/HAK/KT家族基因的保守结构域"K-trans"(Pfam02705)和标志性序列GXXXGDXXXSPLY,并具有11个跨膜区。在进化上,GhHAK5蛋白与拟南芥AtHAK5亲缘关系最近,其次是与水稻的OsHAK5,它们同属Cluster I进化簇。亚细胞定位结果显示,GhHAK5是一个定位于质膜的蛋白,这与其主要作为钾转运子参与K+吸收的功能是一致的。GhHAK5基因在根中表达量最高,在茎、叶、花瓣、纤维和花萼中表达量很低,且其表达受外界低钾环境诱导。本研究结果为进一步了解GhHAK5基因的功能及培育钾高效棉花品种奠定了基础。

关键词：陆地棉钾转运体基因亚细胞定位低钾基因表达

陆地棉微管结合蛋白CLASP家族基因的鉴定及表达分析

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作物学报 2017年第3期43卷 389-398页

作者：朱守鸿赵兰杰刘永昌李艳军张新宇孙杰石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003

CLASP蛋白(CLIP-associated protein,CLASP)是一种调节微管结构与功能的微管结合蛋白,在植物生长发育及形态建成过程中起着至关重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,在陆地棉基因组数据库中鉴定出6个编码CLASP蛋白的基因。多重序列... 详细信息

CLASP蛋白(CLIP-associated protein,CLASP)是一种调节微管结构与功能的微管结合蛋白,在植物生长发育及形态建成过程中起着至关重要的作用。本研究利用生物信息学的方法,在陆地棉基因组数据库中鉴定出6个编码CLASP蛋白的基因。多重序列比对及系统进化树分析表明,陆地棉CLASPs可分为2个亚家族(I和II),亚家族I含有HEAT重复结构域和典型的CLASP-N端结构域,亚家族II只含有CLASP-N端结构域。实时荧光定量PCR结果表明,6个CLASPs基因在棉花各组织中均有表达,但表达模式各不相同,其中CotAD_63740(Gen Bank登录号为KX881965)和CotAD_04861(Gen Bank登录号为KX881961)在纤维中优势表达,CotAD_48232(Gen Bank登录号为KX881962)、CotAD_48665(Gen Bank登录号为KX881963)、CotAD_55570(Gen Bank登录号为KX881964)和CotAD_68468(Gen Bank登录号为KX881966)在茎中优势表达,表达模式的不同表明CLASPs在棉花不同组织中功能不同。本研究为深入研究棉花CLASPs的功能奠定了基础。

关键词：陆地棉微管结合蛋白微管表达分析

陆地棉高密度遗传图谱的构建及产量相关性状的QTL定位

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中国农业科学 2023年第4期56卷 587-598页

作者：贾晓昀王士杰朱继杰赵红霞李妙王国印河北省农林科学院粮油作物研究所/河北省作物遗传育种实验室/河北省作物栽培生理与绿色生产重点实验室

【目的】通过构建高密度SNP遗传图谱，开展棉花多群体产量相关性状的QTL定位，获得稳定性好、精确度高的QTL，为产量性状调控基因的挖掘和有效分子标记的开发提供依据。【方法】以高稳产冀丰1271为母本、优质自交系冀丰173为父本，构建... 详细信息

【目的】通过构建高密度SNP遗传图谱，开展棉花多群体产量相关性状的QTL定位，获得稳定性好、精确度高的QTL，为产量性状调控基因的挖掘和有效分子标记的开发提供依据。【方法】以高稳产冀丰1271为母本、优质自交系冀丰173为父本，构建包含200个单株的F2群体，利用测序基因分型(genotyping by sequencing,GBS)技术开发群体的SNP标记并构建高密度遗传图谱，对F2、F2:3、F2:4群体的衣分、子指和单铃重进行QTL定位，注释主效和稳定QTL位点内的基因并分析基因在不同组织的表达模式，筛选候选基因。【结果】通过简化基因组测序，共获得383.07 Gb数据，包括母本冀丰1271的26.93 Gb、父本冀丰173的27.30 Gb和F2群体的328.84 Gb,Q30值分别为90.55%、89.95%和95.77%。在F2群体中开发了1 305 642个SNP标记，其中，用于构建遗传图谱的aa?bb型SNP为410 726个。构建了一张包含16 088个SNP、总图距为4 282.81 cM的高密度遗传图谱，标记间的平均距离为0.27 cM，利用共线性分析证明了图谱具有较高的质量。在3个群体中共定位到108个QTL，包括34个衣分QTL、36个子指QTL和38个单铃重QTL，其中有30个QTL与已报道QTL位置重叠或接近，78个QTL未见报道。发现10个主效QTL、16个稳定QTL，其中有5个主效QTL可在2个或3个群体中被定位到。qLP-A13-4在3个群体中均可被定位到，贡献率达到13.78%;qLP-A13-6在2个群体中被定位到，贡献率达到10.01%;qLP-D10-2在2个群体中被定位到，贡献率达到10.92%;qSI-D10-1在2个群体中被定位到，贡献率达到12.31%;qBW-D5-3在2个群体中被定位到，贡献率达到15.54%。在主效和稳定QTL位点内注释到3 415个基因。通过KEGG和GO分析，注释基因主要参与植物激素信号转导、TCA循环、次生代谢物质和氨基酸生物合成、光合生物的碳固定等通路。利用TM-1和NDM8的转录组数据，发现8个基因在棉花产量相关的纤维、胚珠或种子中具有较高的表达量，可能通过调控纤维或种子的发育，影响衣分或子指，进而影响棉花单铃重和产量。【结论】构建了一张陆地棉种内高密度遗传图谱，定位了108个产量相关QTL，发现5个主效QTL可在多个群体中定位到，鉴定到8个在纤维、胚珠或种子中高效表达的候选基因。

关键词：陆地棉高密度遗传图谱产量 QTL定位候选基因

陆地棉GhGIR2基因调控植株生长的机理研究

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植物生理学报 2021年第2期57卷 385-392页

作者：刘海伦袁蓉余笠孙晨栋戎均康浙江农林大学农业与食品科学学院浙江省农产品品质改良技术研究重点实验室杭州311300

GL(GLABRA)2互作抑制因子(GL2-interacting repressors,GIRs)是一个植物特有的基因家族,拟南芥GIR1和GIR2能够和GL2互作影响根毛发育。为明确陆地棉同源基因GhGIR2在棉花生长发育中的作用,本文对其基因结构、亚细胞定位、组织特异性表... 详细信息

GL(GLABRA)2互作抑制因子(GL2-interacting repressors,GIRs)是一个植物特有的基因家族,拟南芥GIR1和GIR2能够和GL2互作影响根毛发育。为明确陆地棉同源基因GhGIR2在棉花生长发育中的作用,本文对其基因结构、亚细胞定位、组织特异性表达以及转基因拟南芥进行了研究。结果表明:GhGIR2编码84个氨基酸,与拟南芥中AtGIR2相似度最高;在根、茎、叶和下胚轴中优势表达,但在0~15 d的棉花胚珠中低表达;无茸毛陆地棉的GhGIR2表达量显著高于有茸毛品种。GhGIR2蛋白定位于细胞核;过表达植株的生长明显加快,导致开花提前。

关键词：陆地棉 GhGIR2 基因功能生长发育

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陆地棉扩展蛋白基因的鉴定与特征分析

中国农业科学 2019年第21期52卷 3713-3732页

作者：张奇艳雷忠萍宋银海江波贺道华西北农林科技大学农学院西北农林科技大学生命科学学院

【目的】扩展蛋白（Expansin）是细胞壁的重要组成部分,在植物的生长发育及逆境胁迫应答等方面均发挥着重要作用。基于全基因组水平系统鉴定陆地棉Expansin基因家族,并通过生物信息学及表达模式分析,为揭示扩展蛋白基因在棉花生长发育... 详细信息

【目的】扩展蛋白（Expansin）是细胞壁的重要组成部分,在植物的生长发育及逆境胁迫应答等方面均发挥着重要作用。基于全基因组水平系统鉴定陆地棉Expansin基因家族,并通过生物信息学及表达模式分析,为揭示扩展蛋白基因在棉花生长发育中的功能及后续利用奠定基础。【方法】利用BLAST和HMMER在陆地棉基因组中搜索并鉴定扩展蛋白基因家族成员;利用ClustalW、MEGA、MCScanX、Prot Param、MEME、SignalP、Euk-mPLoc、FancyGene和DnaSP等软件对其基因序列和蛋白序列进行生物信息学分析。通过RNA-seq数据分析扩展蛋白基因的表达模式和部分同源基因间表达差异,利用qRT-PCR验证部分扩展蛋白基因的表达谱。【结果】陆地棉基因组中含有46个EXPA基因、8个EXPB基因、6个EXLA基因和12个EXLB基因,合计72个Expansin基因;四倍体陆地棉中扩展蛋白成员的数量几乎是二倍体棉种（亚洲棉与雷蒙德氏棉）的2倍。除GhA02和GhD06 2个染色体外,其余各染色体上均分布有数目不等的扩展蛋白基因（2—4个）,具有部分同源关系的染色体GhA08和GhD08分别有5个和8个扩展蛋白基因。系统发育树显示,各亚家族成员聚集成群,并且大部分的末端分支均由来源于3个物种的4个（亚）基因组的4个基因组成,如EXPA亚家族的Cotton;8454/Gh;03G0885/Gh;02G1269/Gorai.005G142200等等,4个基因之间具有同线性关系。亚细胞定位发现陆地棉所有的扩展蛋白均位于细胞外。基因结构分析显示,扩展蛋白基因由3—5个外显子组成,外显子-内含子结构在进化上高度保守且与氨基酸序列的多样性一致,且在外显子上存在密码子偏好性。RNA-seq数据显示,不同基因在不同时空条件下存在特异性表达,如GhEXPA19A和GhEXPA19D相比其他基因在纤维10 DPA和20 DPA中的表达量很高;在不同的组织（如子叶、新叶、老叶、苞叶）中,GhEXPA24D具有较高的表达量。部分同源基因之间具有不同的表达模式,显示它们之间功能的异化与互补。qRT-PCR结果与RNA-seq数据基本吻合,如GhEXLA3A和GhEXLA3D在纤维发育的伸长阶段高量表达。GhEXPA19D和GhEXLA2D在3DPA的胚珠中表达活跃。【结论】陆地棉基因组中含72个扩展蛋白基因,其在DNA水平和氨基酸水平具有一致的结构多样性和进化保守性,在转录水平具有各异的表达模式,显示出家族内成员间功能上的异化与互补。

关键词：陆地棉扩展蛋白基因家族生物信息学基因表达

陆地棉吐絮率的限制性两阶段多位点全基因组关联分析及候选基因预测

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中国农业科学 2022年第2期55卷 248-264页

作者：谢晓宇王凯鸿秦晓晓王彩香史春辉宁新柱杨永林秦江鸿李朝周马麒宿俊吉甘肃农业大学生命科学技术学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室新疆农垦科学院棉花研究所石河子农业科学研究院

【目的】吐絮率是反映陆地棉(Gossypium hirsutum L.)早熟性状的重要指标之一,利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)解析吐絮率的QTL(quantitative trait locus)及其遗传效应,为陆地棉早熟性状的分子育种提供理论... 详细信息

【目的】吐絮率是反映陆地棉(Gossypium hirsutum L.)早熟性状的重要指标之一,利用全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)解析吐絮率的QTL(quantitative trait locus)及其遗传效应,为陆地棉早熟性状的分子育种提供理论基础。【方法】利用315份不同陆地棉品种(系)构成的自然群体,在3个环境下对吐絮率进行表型鉴定。同时利用前期构建的9 244个具有复等位变异SNP连锁不平衡区段(SNP linkage disequilibrium block,SNPLDB)分子标记,采用限制性两阶段多位点全基因组关联分析(restricted two-stage multi-locus GWAS,RTM-GWAS)方法,检测与吐絮率显著关联的SNPLDB位点、估算其表型效应值,并建立显著关联位点在群体中QTL-allele矩阵,鉴定稳定关联的主效SNPLDB位点及其优异单倍型。根据2组转录组数据的基因表达量,在显著SNPLDB位点侧翼序列1 Mb基因组范围内挖掘可能与目标性状有关的候选基因。【结果】陆地棉自然群体在3个环境下的吐絮率变异范围为37.78%—100.00%,广义遗传力为67.03%。多环境方差分析表明,吐絮率在基因型、环境及基因型×环境互作间均呈现极显著差异(P陆地棉吐絮率的候选基因。【结论】共鉴定到52个与吐絮率显著相关的SNPLDB位点,其中,有4个SNPLDB为稳定关联的主效位点;预测发现23个基因可能与陆地棉吐絮率有关。

关键词：陆地棉吐絮率限制性两阶段多位点全基因组关联分析 QTL-等位基因矩阵候选基因

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陆地棉萌发至三叶期不同生育阶段耐盐特性

生态学报 2011年第13期31卷 3720-3727页

作者：王俊娟王德龙樊伟莉宋贵方王帅叶武威中国农业科学院棉花研究所/农业部棉花遗传改良重点实验室河南安阳455000

土壤盐渍化是一个世界性的资源问题和生态问题,盐分胁迫几乎会影响棉花所有重要的生命活动,造成棉花的减产或其他不利影响。通过对14个棉花品种(系)的萌发期耐盐性、芽期耐盐性以及两个耐盐性不同的品种(系)三叶期的耐盐性,对棉花不同... 详细信息

土壤盐渍化是一个世界性的资源问题和生态问题,盐分胁迫几乎会影响棉花所有重要的生命活动,造成棉花的减产或其他不利影响。通过对14个棉花品种(系)的萌发期耐盐性、芽期耐盐性以及两个耐盐性不同的品种(系)三叶期的耐盐性,对棉花不同时期的耐盐特性进行了研究,结果表明:棉花在不同生育阶段耐盐能力是不同的,棉花盐敏感时期是在萌发出苗期。随着生育期的延长,棉花的耐盐性是逐步提高的,进行耐盐性鉴定的最佳时期在是萌发出苗期。在三叶期,随着盐分浓度的提高,棉花苗受伤害程度逐渐增加,盐敏感品种(系)受伤害大于耐盐品种,在同样盐浓度胁迫条件下,耐盐性不同的品种各部位受到的伤害不同,耐盐品种(系)中棉所35受伤害程度由高到低依次为:真叶>上胚轴>子叶;盐敏感品种(系)Tam cot CAB-CS受伤害程度由高到低依次为:真叶>子叶>上胚轴。

关键词：陆地棉生育阶段耐盐性

陆地棉硝酸盐转运体NRT基因家族鉴定及表达分析

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作物学报 2023年第6期49卷 1496-1517页

作者：马春敏李维希李芳军田晓莉李召虎中国农业大学农学院作物化控研究中心北京100193 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室江苏南京210095

硝酸盐转运体(nitrate transporters,NRTs)在植物氮素吸收、利用和存储等过程中发挥着重要作用。本研究利用HMM软件和Blastp方法,在陆地棉中,鉴定出了106个GhNRT1/PTR(NPF)(Nitrate transporter 1(NRT1)/Peptide Transporter(PTR)family(NPF))和14个GhNRT2(Nitrate transporter 2 family)成员,对它们的保守结构域、系统发育关系、理化性质、亚细胞定位、保守基序、基因结构、启动子区顺式作用元件和表达模式进行了分析。结果表明,GhNPF均具有典型的PTR2(Peptide Transporter 2 family,肽转运蛋白)结构域,个别蛋白(GhNPF2.6bD、GhNPF4.1cA和GhNPF2.14aD)出现了2个PTR2和/或其他结构域,表明棉花NPF进化保守性较低;GhNRT2具有典型的MFS_1(Major Facilitator Superfamily,主要促进子超家族)单域。多数GhNRTs定位于细胞质膜上,为疏水性蛋白。系统发育分析显示GhNRTs可分为10个类群,相同类群具有相似的基因结构及基序分布。顺式作用元件组成表明,大部分GhNRTs的表达可能与植物激素、非生物胁迫和光反应等相关。此外,GhNPF不同亚类间的表达模式存在一定差异,但同一亚类内不同成员的表达模式相对保守;GhNRT2基因则主要在根中高表达。盐胁迫处理后的转录组数据分析发现,近1/5的GhNRTs基因表达量发生了显著上调或下调,表明其可能参与棉花盐胁迫应答。选择6个GhNRTs基因检测其在根系、幼叶、功能叶和老叶中的表达对不同NO_(3)^(-)供应水平的响应发现,GhNPF6.3dA和GhNPF7.3aA可能具有双亲和吸收NO_(3)^(-)的能力,GhNPF6.2bD则可能编码高亲和NO_(3)^(-)转运蛋白;三者在功能叶和老叶中可能参与NO_(3)^(-)卸载。这些结果与拟南芥等植物中的报道不同。上述研究结果为进一步揭示棉花硝酸盐转运蛋白的功能提供了参考,为解析棉花氮素吸收和利用机制提供了初步依据。

关键词：陆地棉硝酸盐转运体 GhNPF GhNRT2 表达模式