棉花D08染色体上茎杆茸毛基因的精细定位与候选基因分析

摘要

植物表皮毛是陆生植株地上部位表皮组织向外突起形成的单细胞或多细胞结构，它们在植物体与外界环境之间形成一道物理屏障，可以帮助植物抵抗生物和非生物胁迫。棉花纤维，是纺织工业中最为广泛使用的天然原料，也是研究细胞分化和伸长的理想材料。与棉纤维相似，棉花的茎秆茸毛也是一种单细胞的毛状体。到目前为止，棉纤维基因调控的研究已经很多，而棉花茎秆茸毛的研究相对甚少。　　本文以不同茎秆茸毛密度的陆地棉和海岛棉为亲本，构建多组海陆杂交的F2群体。通过观察不同 F2群体茎秆茸毛密度的分布情况，来了解棉花茎秆茸毛密度的遗传规律。在这些群体中，茎秆茸毛较少与茸毛较多的株数比在 3∶1 左右，总体都表现为较少茸毛呈相对显性的单基因遗传。　　随后，挑选株数相对较多的3个F2群体（NLD18×NLD46、6028×NLD33和6021×NLD33）进行基因的遗传定位，最终将与棉花茎秆茸毛密度密切相关的基因定位在 D08 染色体端部 D08-41 和 D08-60 两标记之间，对应的物理位置为820Kb和1030Kb之间210Kb的区段。　　通过参考基因组上的序列，在定位结果210Kb的目标区段里，共预测到有20个候选基因（Gh_D08G0101-Gh_D08G0120），并对这20个候选基因进行功能结构域注释。然后通过EST序列比对和SRA转录组数据的分析，来了解它们在棉花组织中的表达情况，发现有些基因在棉花里的表达量很高，如 Gh_D08G0113和Gh_D08G0115，还有些基因在棉花中几乎不表达，其中主要包括Gh_D08G0102、Gh_D08G0104和Gh_D08G0108等。　　为了进一步筛选候选基因，对无茸毛和茸毛密度较高的两组材料，进行了转录组和重测序的分析。转录组结果显示，候选基因之一的Gh_D08G0108在无茸毛和茸毛较多这两组材料间的表达呈现极显著差异，其中无茸毛材料的Gh_D08G0108表达量较高，而在茸毛较多的一组中，Gh_D08G0108几乎不表达。同时，重测序数据表明两组材料之间，在 Gh_D08G0108 的启动子和下游区域，这两组材料之间存在着较多的差异位点。因此，将Gh_D08G0108列为重点研究的候选基因。　　在拟南芥中，通过蛋白序列比对，发现Gh_D08G0108的同源基因为GIR1和GIR2。已经有研究发现这两个基因与拟南芥表皮毛的发育密切相关，GIR1/GIR2的双突变会增加拟南芥根毛的数量，这也暗示Gh_D08G0108可能与棉花茸毛的发育密切相关。　　综上所述，本文最终将Gh_D08G0108定为D08染色体上与棉花茎秆茸毛密度密切相关的候选基因，为以后的基因功能验证奠定了基础。

目录

声明

第一章 前言

1.1 植物表皮毛的研究进展

1.1.1 植物表皮毛

1.1.2拟南芥表皮毛的发育过程

1.1.3 拟南芥表皮毛的基因调控

1.1.4 拟南芥表皮毛的激素调控

1.2 棉花纤维的发育调控

1.2.1 棉花纤维

1.2.2 棉纤维的基因调控

1.2.3 棉纤维的激素调控

1.3 棉花茸毛的研究进展

1.3.1 棉花茸毛的功能研究

1.3.2 棉花茸毛的定位进展

第二章 棉花茎秆茸毛的基因定位

2.1 实验材料与方法

2.1.1 实验材料

2.1.2 试剂与仪器

2.1.3 实验方法

2.2 实验结果

2.2.1 F2群体的表型分析

2.2.2 NLD18×NLD46群体的初定位

2.2.3 6028×NLD33群体的精细定位

2.2.4 6021×NLD33群体的定位验证

2.3 讨论

第三章 候选基因的分析

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.2.1 目标区间基因的注释

3.2.2 目标区间基因的EST分析

3.2.3 目标区间基因的茎秆FPKM分析

3.2.4 有茸毛和无茸毛材料的重测序分析

3.2.5 有茸毛和无茸毛材料的转录组分析

3.3 实验结果

3.3.1 目标区间基因的注释

3.3.2 目标区间基因的EST分析

3.3.3 目标区间基因的茎秆FPKM分析

3.3.4 有茸毛和无茸毛材料的重测序分析

3.3.5 有茸毛和无茸毛材料的转录组分析

3.3.6 候选基因Gh_D08G0108的分析

3.5 讨论

第四章 总结与展望

参考文献

致谢