2个四倍体栽培棉种冷胁迫响应基因的鉴定与比较分析

摘要

为进一步发掘棉花中冷胁迫耐受性相关的基因,本研究利用2个四倍体栽培棉种陆地棉(Gossypium hirsutum)TM-1与海岛棉(G.barbadense)Hai7124,对冷处理(4℃)和对照处理(28℃)下不同阶段的叶片进行转录组测序,比较分析了二者冷胁迫响应基因的功能、表达模式和代谢途径的差异。结果显示:Hai7124比TM-1耐冷性差,植株表型受到冷胁迫时变化更快且更明显。转录组数据分析显示,TM-1中有8713个冷胁迫响应基因,Hai7124中有12461个冷胁迫响应基因。比较二者的直系同源基因发现,TM-1中有1518个特异受诱导基因,Hai7124中有3577个特异受诱导基因;对这些特异响应基因进行基因本体(gene ontology,GO)富集和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析发现,TM-1中特异响应基因更多地参与激素信号转导、昼夜节律等调控过程,而Hai7124中特异响应基因更多地参与赖氨酸、精氨酸、丝氨酸、苏氨酸等氨基酸代谢过程。此外,从TM-1和Hai7124中鉴定了脂肪酸合成途径的关键家族基因中的乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶、十八烷-ACP去饱和酶、脂肪酸去饱和酶、长链酰基辅酶A合成酶等,发现在整个冷胁迫处理过程中TM-1中有11个基因整体呈上调表达,而Hai7124中有10个基因整体呈下调表达;根据表达模式选取了5个冷胁迫响应基因,利用实时荧光定量反转录聚合酶链反应(real time quantitative reverse polymerase chain reaction,RT-qPCR)定量分析,发现其表达模式和转录组表达水平高度相关。本研究有助于解析陆地棉TM-1与海岛棉Hai7124种间冷胁迫耐受性差异响应基因,为培育耐冷性好、高产、优质的棉花新品种提供了重要的基因资源。