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棉纤维发育相关基因转录组学、表达谱分析研究

陈全家  
【摘要】:陆地棉和海岛棉是目前世界上最具有商业价值的栽培棉种。陆地棉由于产量高和较强的环境适应能力而被广泛种植,占棉花产量的90%。相反,海岛棉仅占棉花产量的5-8%,由于其在长度、强度等方面具有优良纤维品质而价格昂贵。海岛棉(G. barbadense)和陆地棉(G. hirsutum)都是异源四倍体棉花栽培品种,但是他们的纤维品质和发育进程显著不同。虽然科研工作者在揭示棉纤维发育机制上,已经开展了大量的研究,但是目前对于海岛棉优异的纤维品质机理还不清楚,因此,本文对两个棉种胚珠进行转录本测序并进行分析,并对海、陆棉开花后5、10、15、25DPA的棉纤维进行了数字基因表达谱分析,筛选纤维发育各时期表达有差异的基因,以期揭示两个棉种在纤维发育时期的基因组表达差异。获得结果如下: 1.对两个棉种胚珠进行转录本测序并进行分析,从海岛棉和陆地棉中分别获得79,686和67,450个unigenes。将获得的unigenes基因与最近公布的二倍体棉的参考基因组进行比较表明,大约有3/4的胚珠基因与二倍体棉蛋白编码的基因具有高度的同源性,同源性高达90.7%;其次,两个栽培品种胚珠的差异基因主要富集于胚后发育,这与他们纤维发育差异是一致的。最后通过SNPs (single nucleotide polymorphism,单核苷酸多态性)分析表明,两个转录组各有超过200,000个SNPs映射到二倍体基因组。两个四倍体品种间SNP差异可以解释他们间遗传差异。大多数核苷酸变异的基因参与了胚后发育和纤维发育,包括调控细胞大小和表皮毛分化。因此,本研究提供了海岛棉基因的完整列表,揭示数百个新的基因涉及两个棉种之间的不同纤维发育机制。 2.根据棉花同一时期不同棉种之间,以及两种棉种同一时期之间的差异基因分析,两个棉种不同时期差异基因表达数目相似,在5DPA和10DPA,陆地棉和海岛棉共同差异表达基因有1,924个,其中上调的有1,419,下调的505个;在10-15DPA时期,共有936个差异基因,上调的基因只有292个,下调的基因有644个;在15-25DPA时期,共有2,169个差异基因,上调基因1,268个,下调基因901个。 3.找出海岛棉和陆地棉之间的高可信度的差异表达基因,并对差异表达基因进行功能聚类分析(GO),发现海岛棉胚珠发育初期生毛细胞分化基因上调促进其棉纤维发育,海岛棉中纤维细胞的伸长相关基因上调促进其纤维发育,海岛棉纤维伸长期长于陆地棉,这也促进了棉纤维的发育。通过海岛棉和陆地棉纤维相关基因的共性和差异性,发现了海岛棉棉纤维品质优越的决定基因和分子机制。 4.从海岛棉中扩增得到MYB转录因子基因GbMYB25与GbDET2基因,经测序验证、Blast比对与同源性分析,并实时荧光定量PCR分析表明,GbMYB25与GbDET2基因可能参与调控棉花纤维起始发育。


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