棉纤维发育的遗传特性及相关基因的研究进展

摘要

棉纤维是纺织工业的重要原材料,在国民经济发展中具有举足轻重的地位。棉纤维细胞发育进程是一个多基因调控的、有序的系统发生过程,包括纤维起始期、伸长期、次生壁合成与加厚期和脱水成熟期等4个时期。随着遗传学、细胞学和分子生物学等学科的交叉融合,棉纤维生长发育调控分子机制的研究已成为研究热点。目前大多研究集中在运用遗传定位、基因克隆以及近年来兴起的深度测序等技术对棉纤维生长发育的调控机制进行解析。为了更加系统地了解棉纤维的发育过程,详细描述了棉纤维发育各时期的形态结构变化及特征,概述了经典遗传学在棉纤维遗传规律和基因定位方面的工作,以及从转录组学、蛋白组学及表观遗传学领域总结了近年来深度测序技术在棉花纤维组学研究方面的运用和取得的进展,并简述了棉纤维发育各个时期所涉及的相关调控基因。纤维的产量由棉纤维发育起始期决定,长度由伸长期决定,且伸长期的生化反应最为活跃,是影响纤维品质的关键时期。棉纤维遗传规律的研究发现,性状相同而基因型不同的材料,其棉纤维遗传模式也不同。纤维品质和产量相关的数量性状位点(QTL)遍布各个染色体,一些稳定的主效QTL(如FS1,qLI17和qFL-Chr14-3等)值得科研工作者进一步关注并有望在分子辅助选择中进行应用;质量性状基因的最新进展明确了显性基因Li1和N2,分别是肌动蛋白编码基因和转录因子MYB25-like。转录组学、蛋白组学及表观遗传学领域三方位的深度测序有效建立了RNA水平和蛋白质水平、编码区域和非编码序列之间的联系,并发现一系列的转录因子、编码转脂蛋白的基因、钙信号转导相关基因、多糖合成相关蛋白、大量的miRNA以及DNA甲基化作用等共同参与棉纤维发育过程。表1参80