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植物激素对棉花蕾铃脱落的调控研究进展

作物学报 2024年

作者：谢章书谢学方屠小菊刘爱玉董合忠周仲华湖南农业大学农学院/作物生理与分子生物学教育部重点实验室中国热带农业科学院橡胶研究所山东省农业科学院经济作物研究所

棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象，有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落，也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫下被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量，国内外现有公开报道中多集中于20世纪50、60年... 详细信息

棉花蕾铃脱落是一个普遍存在的现象，有对逆境环境胁迫的主动适应性脱落，也有因品种遗传特性、环境条件、栽培措施以及生物和非生物胁迫下被动的受损脱落。蕾铃脱落直接影响着棉花的产量，国内外现有公开报道中多集中于20世纪50、60年代关于乙烯和脱落酸对棉花蕾铃脱落影响的初步发现。结合其他植物的研究结果来看，蕾铃脱落似乎与生长素、赤霉素和细胞分裂素等促生长类激素的下降以及乙烯和脱落酸等抑制生长类激素的升高密切相关，激素在植物体内不仅介导新陈代谢过程，还协调着与信号通路相关的调控因子，在脱落过程中起着关键作用。本文从植物激素调控入手，综述了近年来包括脱落区形成和作用的分子调控机制以及各激素在棉花蕾铃脱落以及其他植物(生殖)器官脱落过程中的响应和调控机制等。发现目前以棉花蕾铃脱落为对象的研究非常匮乏，且多集中于少数激素对棉花生殖生长影响的有限研究，缺乏对导致蕾铃脱落的深层次机制的探究和解析。因此，未来研究方向应着重于探究棉花蕾铃脱落的遗传基础、发掘新的抗脱落基因资源和培育抗脱落棉花品种，同时加强在以棉花为模型植物下，蕾铃脱落与植物激素调节的关系研究，为提高棉花产量提供理论依据和技术支持。

关键词：棉花植物激素蕾铃脱落研究现状研究方向

基于重测序鉴定GbTMEM214基因在陆地棉基因组的插入位点

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棉花学报 2024年第4期36卷 285-295页

作者：程俊凌赵亮徐剑文刘剑光徐鹏徐珍珍郭琪王月平赵君沈新莲陈全家肖松华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 江苏省农业科学院经济作物研究所/农业农村部长江下游棉花与油菜重点实验室南京210014

【目的】利用农杆菌介导法获得了转GbTMEM214基因陆地棉品系,旨在明确转基因棉花株系中T-DNA插入位点的序列特征及检测方法,为其生物安全评价提供依据。【方法】基于基因组重测序技术,利用BLASTn将测序数据与陆地棉TM-1基因组序列进行... 详细信息

【目的】利用农杆菌介导法获得了转GbTMEM214基因陆地棉品系,旨在明确转基因棉花株系中T-DNA插入位点的序列特征及检测方法,为其生物安全评价提供依据。【方法】基于基因组重测序技术,利用BLASTn将测序数据与陆地棉TM-1基因组序列进行比对分析,设计特异性引物通过聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)验证插入位点。【结果】携带目标基因GbTMEM214的T-DNA整合在陆地棉基因组D13号染色体57019068~57019106 bp,T-DNA插入导致受体基因组37 bp的片段缺失;通过PCR扩增获得携带GbTMEM214基因的T-DNA插入位点的侧翼序列,由此建立了转GbTMEM214基因棉花的特异性检测方法。【结论】基于基因组重测序技术获得了转GbTMEM214基因棉花的T-DNA插入位点及侧翼序列信息,可为转基因棉花的生物安全评价提供技术参考。

关键词：转基因棉花 GbTMEM214 重测序插入位点侧翼序列

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高粱CIPK家族基因的全基因组鉴定及非生物胁迫下的表达特征

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江苏农业学报 2024年第4期40卷 591-598页

作者：徐鹏李春宏范昕琦梁笃沈新莲江苏省农业科学院经济作物研究所/农业农村部长江下游棉花与油菜重点实验室江苏南京210014 山西农业大学农学院山西晋中030801 山西省农业科学院高粱研究所/高粱遗传与种质创新山西省重点实验室山西晋中030600

钙调磷酸酶B样蛋白互作蛋白激酶(CIPK)是一种重要的Ca^(2+)信号传感器,在植物应答逆境非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了探究高粱中CIPK家族基因的功能,本研究从高粱基因组中鉴定了31个SbCIPK基因,这些基因不均匀地分布在高粱的9条... 详细信息

钙调磷酸酶B样蛋白互作蛋白激酶(CIPK)是一种重要的Ca^(2+)信号传感器,在植物应答逆境非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了探究高粱中CIPK家族基因的功能,本研究从高粱基因组中鉴定了31个SbCIPK基因,这些基因不均匀地分布在高粱的9条染色体上,编码蛋白质的氨基酸数量为403~519个,等电点为6.07~9.38,相对分子质量为46 357.31~58 316.97。基因结构分析结果表明,SbCIPK家族基因分为内含子缺失型和内含子富集型2类。进化树分析结果表明,SbCIPK家族蛋白质成员分为8个亚族。基于转录组数据的表达模式分析结果表明,SbCIPK基因广泛参与对盐胁迫、干旱胁迫等非生物胁迫的响应。本研究结果可以为高粱CIPK家族基因的功能研究奠定基础。

关键词：高粱 CIPK基因全基因组鉴定非生物胁迫

油菜种质M196对ALS类除草剂的交互抗性评价与抗性基因BnAHAS1-3R的表达分析

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植物遗传资源学报 2024年

作者：卢鑫宇郭月祁余容王婷李伟龙吕欣蕾钟詹斐彭琦高建芹张洁夫胡茂龙江苏大学生命科学学院江苏省农业科学院经济作物研究所/国家油料作物改良中心南京分中心/农业农村部长江下游棉花与油菜重点实验室/江苏省农业生物学重点实验室福建农林大学农学院南京农业大学农学院

为明确抗ALS类除草剂油菜新种质M196的除草剂交互抗性效应及其抗性基因BnAHAS1-3R的功能，本研究以抗性油菜M196及野生型N131为材料，在油菜苗期3-5叶期，按照田间推荐使用浓度0、1/4、1/2、1、2、4倍的磺酰脲（SU，sulfonylurea）、磺... 详细信息

为明确抗ALS类除草剂油菜新种质M196的除草剂交互抗性效应及其抗性基因BnAHAS1-3R的功能，本研究以抗性油菜M196及野生型N131为材料，在油菜苗期3-5叶期，按照田间推荐使用浓度0、1/4、1/2、1、2、4倍的磺酰脲（SU，sulfonylurea）、磺酰胺羧基三唑啉酮（SCT，sulfonlyaminocarbonyl-triazolinone）、咪唑啉酮（IMI，imidazolinone）、三唑嘧啶（TP，triazolopyrimidine）和嘧啶水杨酸（PB，pyrimidyl-benzoate）等五种ALS抑制剂除草剂进行喷施处理，鉴定评价M196对各类除草剂的抗性效应。结果表明，M196对SU和SCT除草剂交互抗性最强，对IMI、TP和PB抗性较低。大田鉴定进一步验证了温室交互抗性结果。转抗性基因BnAHAS1-3R拟南芥功能验证表明，转基因阳性植株对各除草剂交互抗性与油菜M196的抗性趋势一致。qRT-PCR分析与转基因拟南芥体外酶活抑制实验结果均表明，M196对ALS类除草剂交互抗性的产生，是由突变靶基因BnAHAS1-3R的表达量增加以及突变靶标酶对除草剂的敏感性下降导致。研究结果为预防和解决利用抗性基因选育的品种大面积推广后可能带来的杂草抗药性以及抗性基因漂移等问题提供了理论依据。

关键词：甘蓝型油菜抗除草剂新种质交互抗性功能分析

内地棉区优势棉花资源评价及其在新疆棉花育种中的应用

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河南农业科学 2024年第2期53卷 37-45页

作者：唐中杰谢德意于跃波房卫平路风银河南省农业科学院经济作物研究所河南郑州450002

为了综合利用内地棉区棉花资源,破解新疆棉花遗传基础狭窄、同质化严重等育种瓶颈难题,更好地培育适合新疆全程机械化的高产稳产棉花新品种,以160份内地棉区棉花资源为材料,在新疆库尔勒进行生物学性状鉴定,采用相关分析、聚类分析等指... 详细信息

为了综合利用内地棉区棉花资源,破解新疆棉花遗传基础狭窄、同质化严重等育种瓶颈难题,更好地培育适合新疆全程机械化的高产稳产棉花新品种,以160份内地棉区棉花资源为材料,在新疆库尔勒进行生物学性状鉴定,采用相关分析、聚类分析等指导新疆棉花育种亲本选配、系统选育,并应用GGE双标图对后代品系的丰产性、稳产性进行综合评价。结果表明,内地棉区棉花资源在新疆种植表现有地域性差异,来源地与新疆试点维度相近的生态区棉花资源有较好的适应性,其灰色聚类评估分也相应偏高。其中,78份优势棉花资源遗传变异丰富,在欧氏距离11.486处可划分为四大类群,以黄河流域棉区资源为主的第Ⅲ类群整体表现最好,可以作为新疆利用内地棉花资源的特征类群。主成分分析表明,第1主成分的特征值和方差贡献率最大,是与丰产性相关的综合因子,是综合衡量棉花资源优劣的依据。依据GGE双标图对以内地优势棉花资源为亲本的16个后代品系的丰产性、稳产性进行评价,优选出既高产又稳产的目标棉花品系M5。

关键词：棉花内地棉区种质资源评价新疆育种

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基因编辑技术在棉花种质创新和遗传改良中的应用

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生物技术通报 2024年第7期40卷 68-77页

作者：侯文婷孙琳张艳军董合忠山东师范大学生命科学学院济南250000 山东省农业科学院经济作物研究所济南250000

棉花是全球重要的经济作物和纺织工业原料,选育优良新品种是提高棉花产量、品质和植棉效益的主要途径。然而,传统育种方法在改良作物遗传特性方面存在很大的局限性,而基因编辑技术为加快棉花种质创新和遗传改良提供了契机。基因编辑技... 详细信息

棉花是全球重要的经济作物和纺织工业原料,选育优良新品种是提高棉花产量、品质和植棉效益的主要途径。然而,传统育种方法在改良作物遗传特性方面存在很大的局限性,而基因编辑技术为加快棉花种质创新和遗传改良提供了契机。基因编辑技术是一种利用人工设计的核苷酸酶,对生物体特定DNA序列的基因组片段进行删除、修改、插入或替换单个或多个核苷酸,从而实现对目标基因精确编辑的技术方法。本文首先综述了ZFNs、TALENs和CRISPR三种主要基因编辑系统的原理,以更好地理解如何利用基因编辑技术改良棉花的生长发育、抗逆性等性状;其次,重点评述了当前备受关注的CRISPR基因编辑系统在改良棉花抗逆性、纤维与种子品质性状等方面的应用;最后分析了基因编辑技术在应用过程中存在的不足和局限,并指出未来应进一步优化开发有知识产权的基因编辑系统,提高其精确性、安全性,促进其在棉花种质创新和遗传改良中的应用。

关键词：基因编辑棉花遗传改良 CRISPR/Cas9

转录因子GhWRKY41促进水杨酸合成增强棉花对黄萎病菌的抗性

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作物学报 2024年第10期50卷 2447-2457页

作者：肖胜华董贤镘彭鑫李安子闭兆福廖铭静黄礼豪管倩倩胡琴朱龙付广西大学农学院/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室广西南宁530004 华中农业大学/作物遗传改良国家重点实验室湖北武汉430070 华中农业大学/湖北洪山实验室湖北武汉430070

棉花是我国最重要的经济作物之一,但其产量和品质受黄萎病菌危害而大幅度下降。挖掘棉花黄萎病抗性相关基因并解析其分子机制,对加快棉花抗黄萎病育种进程具有重要意义。前期研究鉴定到一个在多个抗病棉花品种中均受黄萎病菌诱导显著上... 详细信息

棉花是我国最重要的经济作物之一,但其产量和品质受黄萎病菌危害而大幅度下降。挖掘棉花黄萎病抗性相关基因并解析其分子机制,对加快棉花抗黄萎病育种进程具有重要意义。前期研究鉴定到一个在多个抗病棉花品种中均受黄萎病菌诱导显著上调表达的WRKY基因GhWRKY41,该基因通过激活苯丙烷代谢增强棉花对黄萎病菌的抗性。本研究进一步分析了GhWRKY41在不同激素处理下的诱导表达模式,利用病毒介导的基因沉默(VIGS)技术验证了GhWRKY41的抗病功能,并利用前期已创制的GhWRKY41转基因棉花株系‘Jin668’测定了其内源植物抗病激素含量。结果显示,GhWRKY41受水杨酸(SA)、Me-JA和H_(2)O_(2)诱导均显著上调表达;GhWRKY41被沉默后可削弱棉花对黄萎病菌的抗性;SA含量在GhWRKY41超表达棉花中显著增加,而在GhWRKY41干涉棉花中则明显减少。RT-qPCR分析显示,SA合成基因GhSID2及SA信号转导基因GhNPR1、GhPR1、GhPR5的表达水平在超表达植株中明显上调,而在干涉植株中则显著下降。ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因试验结果表明,GhWRKY41可结合并激活GhSID2、GhPR1和GhPR5的表达。此外,外施SA可明显提高棉花的黄萎病抗性。综上表明,GhWRKY41可通过促进棉花中内源植物激素SA的合成来增强植株的黄萎病抗性,这一结果完善了GhWRKY41在棉花抵御黄萎病菌过程中的生物学功能,为未来利用黄萎病抗性基因创制棉花抗病材料提供了理论基础。

关键词：棉花黄萎病菌 GhWRKY41 水杨酸

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基于部分NCII设计的陆地棉F1表现预测

中国农业科学 2021年第8期54卷 1590-1600页

作者：秦鸿德冯常辉张友昌别墅张教海夏松波王孝刚王琼珊蓝家样陈全求焦春海湖北省农业科学院经济作物研究所/农业农村部长江中游棉花生物学与遗传育种重点实验室湖北省农业科学院

【目的】探寻预测陆地棉F表现的方法,降低育种成本,提高育种效率。【方法】采用60个陆地棉亲本,通过部分NCII交配设计,形成一个由亲本和180个F杂交组合组成的部分NCII群体,用亲本加性效应(additive effect,A)、一般配合力(general combi... 详细信息

【目的】探寻预测陆地棉F表现的方法,降低育种成本,提高育种效率。【方法】采用60个陆地棉亲本,通过部分NCII交配设计,形成一个由亲本和180个F杂交组合组成的部分NCII群体,用亲本加性效应(additive effect,A)、一般配合力(general combining ability,GCA)和表型中亲值(mid-parent value,MP)等3种预测方法对F的产量和纤维品质性状进行预测。【结果】陆地棉皮棉产量杂种优势明显。皮棉产量正向中亲优势的组合占97.78%,中亲优势平均达19.63%;正向超亲优势的组合占79.44%,超亲优势平均达8.47%。3种预测方法对F表现具有不同的预测效果,其中,以亲本加性效应对F的表现预测效果最优,其对皮棉产量、铃数、铃重、衣分、纤维长度、纤维强度和马克隆值等7个目标性状预测精度(pearson相关系数)达到0.738—0.928。性状的加性方差分量和亲本杂交次数对预测效果有影响。加性方差分量越大,所有方法的预测精度都越高;随着每个亲本杂交次数的增加,加性效应预测和GCA预测的精度提高,但表型中亲值预测的效果基本无变化。【结论】陆地棉F的表现可以通过利用包含亲本的部分NCII设计群体和亲本的加性效应进行有效预测,采用"大群体、少杂交"的策略可以在保持预测效果的同时降低预测的工作量。

关键词：陆地棉 F1表现预测部分NCII设计

外源茉莉酸甲酯对花铃期棉花耐高温能力的影响

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棉花学报 2023年第5期35卷 365-377页

作者：谢贤运冯常辉王孝刚夏松波张教海张友昌王琼珊秦鸿德别墅湖北省农业科学院经济作物研究所/农业农村部长江中游棉花生物学与遗传育种重点实验室武汉430064

【目的】探讨外源茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)对花铃期棉花耐高温能力的影响。【方法】以自育品系ZS08为试验材料,在人工高温胁迫(昼温38.0℃/夜温30.0℃,持续3 d)和自然高温胁迫(昼平均气温35.2~37.5℃,夜平均气温26.4~27.2℃,... 详细信息

【目的】探讨外源茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)对花铃期棉花耐高温能力的影响。【方法】以自育品系ZS08为试验材料,在人工高温胁迫(昼温38.0℃/夜温30.0℃,持续3 d)和自然高温胁迫(昼平均气温35.2~37.5℃,夜平均气温26.4~27.2℃,持续10 d)下,比较200μmol·L^(-1)、400μmol·L^(-1)和600μmol·L^(-1)MeJA和清水(对照)喷施处理后的花铃期棉花的花粉活力、光合效率相关指标、抗氧化酶活性、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、产量和纤维品质。【结果】在人工高温胁迫下棉株花粉活力降低。与对照相比,3种浓度的MeJA处理的花粉活力受高温胁迫影响的程度均减弱;高温胁迫2~3 d,400μmol·L^(-1)、600μmol·L^(-1)MeJA处理的主茎倒四叶的净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、蒸腾速率(transpiration rate,Tr)和气孔导度(stomatal conductivity,Gs)较对照均有不同程度提高,增幅分别为1.6%~3.7%、7.2%~15.7%和44.4%~53.4%。高温胁迫下2~3 d,400μmol·L^(-1)、600μmol·L^(-1)MeJA处理的主茎倒二叶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性和过氧化物酶(peroxidase,POD)活性比对照分别提高3.1%~7.2%和5.7%~20.0%,同时MDA含量较对照降低10.9%~17.9%。在自然高温胁迫下,不同浓度的MeJA处理下棉花成铃率、铃重较对照有不同程度的提高,皮棉产量较对照显著提高9.0%~18.3%。【结论】在花铃期遭遇高温胁迫,施用MeJA可以增加高温胁迫下叶片的Pn、SOD活性和POD活性,降低叶片受伤害程度,提高花粉活力,从而增强棉花的耐高温性能,减轻高温胁迫对成铃率和铃重造成的影响,减少产量损失。

关键词：棉花高温胁迫茉莉酸甲酯花铃期产量纤维品质

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