Genetic Dissection of Boll Size Regulation and Genome Wide Motif Imperfection Analysis in Cotton.pdf

1、隨著世界人口的增長(zhǎng)，人們對(duì)棉花的需求也越來(lái)越大，導(dǎo)致棉花育種工作的主要目標(biāo)是保障棉花纖維產(chǎn)量的穩(wěn)定。由于單鈴籽棉重是由多重產(chǎn)量性狀決定，因此提高棉花的產(chǎn)量是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。產(chǎn)量和纖維品質(zhì)共同調(diào)控棉鈴發(fā)育。解析調(diào)控棉鈴大小農(nóng)藝性狀的遺傳和生物學(xué)機(jī)制，對(duì)棉花研究者來(lái)說(shuō)仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了解析其遺傳機(jī)制，一個(gè)通過(guò)種間雜交獲得的小棉鈴?fù)蛔凅wBS41，在調(diào)控單鈴籽棉重，皮棉重，百粒重等性狀表現(xiàn)出雜種衰敗。通過(guò)多重標(biāo)記的檢測(cè)，在12染色體上鑒定

2、到了一個(gè)穩(wěn)定的調(diào)控位點(diǎn)，qSCW-c12。在后代BC2F4群體中，這個(gè)位點(diǎn)qSCW-c12在AD-A12_07和AD-FM_44標(biāo)記之間，大小為0.89cM。
　　一個(gè)主效的雜交衰敗多效性位點(diǎn)(qSCW-c12)，其在多個(gè)連續(xù)的群體中被證實(shí)調(diào)控棉鈴的大小和產(chǎn)量性狀。通過(guò)連續(xù)的精細(xì)定位，在12號(hào)染色體上將其縮小到0.89cM遺傳區(qū)間，與之相對(duì)應(yīng)是包含11個(gè)基因的180Kb的物理區(qū)段。同源比對(duì)也測(cè)到了一個(gè)40個(gè)堿基插入缺失位點(diǎn)在AD-

3、FM_44克隆序列，在與SCW緊密連鎖的GhBRH1_A12基因的上游341的位置。通過(guò)在BS41中超表達(dá)GhBRH1_A12和Li1的轉(zhuǎn)錄組分析顯示，其在棉鈴發(fā)育早期調(diào)控棉花纖維的發(fā)育。忽略其生長(zhǎng)抑制，BS41表現(xiàn)出油菜素甾醇平衡在棉鈴發(fā)育過(guò)程中，即BR信號(hào)受抑制，導(dǎo)致在BS41中GhBRH1_A12下調(diào)表達(dá)。
　　本研究表明GhBRH1_A12在調(diào)控BR平衡中發(fā)揮了重要的作用，其可能通過(guò)在棉花中影響棉鈴的大小調(diào)控植株的生長(zhǎng)發(fā)育

4、和棉鈴的發(fā)育。GhBRH1_A12作為一個(gè)決定棉鈴重，皮棉重和百粒重的候選基因，通過(guò)調(diào)控BR信號(hào)路徑影響衣分，纖維密度和單鈴種子數(shù)?？偟膩?lái)講，通過(guò)精細(xì)定位和圖位克隆的SCW調(diào)控位點(diǎn)qSCW-c12，鑒定到了GhBRH1_A12候選基因，一個(gè)BR響應(yīng)的RING結(jié)構(gòu)域包含E3連接酶。
　　在具有完整注釋信息的四種棉花基因組中我們預(yù)測(cè)了BRH1基因。BRH1基因的遺傳多樣性，結(jié)構(gòu)和功能變異被強(qiáng)調(diào)，在AtBRH1多肽中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)

5、是推測(cè)的具有信號(hào)傳導(dǎo)作用的跨膜螺旋(TMH)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)是具有E3連接酶活性的RING鋅指結(jié)構(gòu)域。四種棉花基因組中完整的注釋信息有利于BRH1候選基因的預(yù)測(cè)。在陸地棉、海島棉、亞洲棉和雷蒙德氏棉中分別預(yù)測(cè)到16、4、7、8個(gè)BRH1基因。利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)測(cè)定棉花基因組中BRH1基因在根，葉，莖，花瓣，花藥，柱頭，胚珠，10天，20天纖維和種子的組織表達(dá)模式。在第1天和第3天，野生型比Li1中觀察到更高的GhBRH1_A12轉(zhuǎn)錄本豐度。這些

6、發(fā)現(xiàn)表明GhBRH1_A12可能在棉鈴發(fā)育早期通過(guò)調(diào)控纖維發(fā)育來(lái)參與調(diào)控SCW。
　　細(xì)胞中的分子過(guò)程可以通過(guò)一種重復(fù)的DNA序列，既微衛(wèi)星定位，由于其長(zhǎng)度變異和基序的不完整性。這種遺傳變異的機(jī)制在不同的有機(jī)體中得到了廣泛的研究。然而，基因組內(nèi)容復(fù)制的進(jìn)化過(guò)程主要被植物所占據(jù)，關(guān)于非編碼的DNA還了解的很少。本研究第一次詳細(xì)在植物界的5個(gè)分類(lèi)學(xué)家族的13個(gè)植物物種中，研究了在基因組合的基序的不完整模式。
　　我們研究了不同種

7、類(lèi)植物的基因組范圍內(nèi)的基序不完整模式，并利用各種分析工具，研究了微衛(wèi)星重復(fù)密度、不完整程度和長(zhǎng)度等特征關(guān)系。此外，比較基因組學(xué)方法有助于探索在棉花進(jìn)化中微衛(wèi)星的保守性。根據(jù)我們的研究結(jié)果，在棉花中，長(zhǎng)基序重復(fù)的較慢衰減導(dǎo)致第二高頻率的5nt基序占主導(dǎo)。此外，2nt的重復(fù)在四倍體棉花中有一個(gè)較快的衰減速率。與可可相比較發(fā)現(xiàn)，“AT”重復(fù)變得越來(lái)越少在分化過(guò)程中，因?yàn)槊藁ㄟ@一分之在現(xiàn)在的棉花馴化過(guò)程中經(jīng)歷了全基因組復(fù)制和多倍體化的過(guò)程。