棉花优质海陆渐渗系纤维长度和强度相关基因的挖掘以及重要基因的克隆

摘要

棉花是世界上种植最广泛的纤维作物之一。随着人们生活水平的提高和棉纺织工业的发展，对棉花的纤维品质提出了更高的要求。棉花纤维长度和强度是重要的纤维品质指标。混合分组分析结合转录组测序(BSR)方法已经被广泛用于挖掘与性状相关的基因。本研究在已有的渐渗系群体基础上构建BC7F2染色体片段渐渗系群体，从BC7F2群体中挑选纤维强度优异和相对较差的单株，利用BC7F2∶3群体取样。共构建了8个RNA文库，包括2个亲本和2个混池开花后10天(10DPA)和开花后20天(20DPA)纤维样品。转录组测序用于差异表达基因的鉴定。两亲本的序列比较结果为2434和3742个基因在10和20DPA中差异表达。高低混池比较结果为，在10和20DPA中有1360和3252个差异表达基因。355和536个基因在10和20DPA两亲本、两混池纤维样品种差异表达。通过对同一材料不同阶段的序列进行比较，也发现了大量的差异表达基因。在10和20DPA纤维样品中，发现了5060和5076个新基因。将同一时期两亲本和两混池的差异表达基因注释到GO数据库和KEGG通路数据库中，将新基因注释到GO数据库中，新基因和差异表达基因在GO数据库中的分类一致。 利用SNP-index方法对10和20DPA两混池纤维样品进行连锁分析发现在10DPA纤维样品中，共有5个关联区间，共11.84M，注释到345个基因，其中18个为非同义突变基因，2个基因在两亲本和两混池中差异表达，在以往的研究中发现这两个基因可能与棉花纤维强度和长度发育有关。在20DPA纤维样品中，共关联到18个区域，7号染色体上的区间与前人的研究一致，包括1981个注释基因，141个非同义突变基因，12个基因在两亲本和两混池中差异表达。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法测定了20DPA纤维样品7号染色体上的5个基因的表达水平，实时荧光定量PCR结果与RNA-seq结果一致。在陆地棉中棉所36号和海岛棉海1两个材料中克隆到了7号染色体上20DPA两亲本和混池纤维样品中差异表达的基因Gh A07G0837，在两个材料中存在两个碱基的差异，并对该基因编码的蛋白质进行了一级、二级和三级结构的预测。为下一步棉花纤维长度和强度相关基因的功能研究打下了坚实基础，为促进棉花纤维品质研究工作具有一定的指导意义。