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，人們對棉花的需求也越來越大，導(dǎo)致棉花育種工作的主要目標是保障棉花纖維產(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機制，對棉花研究者來說仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了解析其遺傳機制，一個通過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。通過多重標記的檢測，在12染色體上鑒定

2、到了一個穩(wěn)定的調(diào)控位點，qSCW-c12。在后代BC2F4群體中，這個位點qSCW-c12在AD-A12_07和AD-FM_44標記之間，大小為0.89cM。
　　一個主效的雜交衰敗多效性位點(qSCW-c12)，其在多個連續(xù)的群體中被證實調(diào)控棉鈴的大小和產(chǎn)量性狀。通過連續(xù)的精細定位，在12號染色體上將其縮小到0.89cM遺傳區(qū)間，與之相對應(yīng)是包含11個基因的180Kb的物理區(qū)段。同源比對也測到了一個40個堿基插入缺失位點在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。通過在BS41中超表達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。忽略其生長抑制，BS41表現(xiàn)出油菜素甾醇平衡在棉鈴發(fā)育過程中，即BR信號受抑制，導(dǎo)致在BS41中GhBRH1_A12下調(diào)表達。
　　本研究表明GhBRH1_A12在調(diào)控BR平衡中發(fā)揮了重要的作用，其可能通過在棉花中影響棉鈴的大小調(diào)控植株的生長發(fā)育

4、和棉鈴的發(fā)育。GhBRH1_A12作為一個決定棉鈴重，皮棉重和百粒重的候選基因，通過調(diào)控BR信號路徑影響衣分，纖維密度和單鈴種子數(shù)。總的來講，通過精細定位和圖位克隆的SCW調(diào)控位點qSCW-c12，鑒定到了GhBRH1_A12候選基因，一個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)測了BRH1基因。BRH1基因的遺傳多樣性，結(jié)構(gòu)和功能變異被強調(diào)，在AtBRH1多肽中發(fā)現(xiàn)兩個結(jié)構(gòu)域，一個

5、是推測的具有信號傳導(dǎo)作用的跨膜螺旋(TMH)結(jié)構(gòu)域，一個是具有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。在陸地棉、海島棉、亞洲棉和雷蒙德氏棉中分別預(yù)測到16、4、7、8個BRH1基因。利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)測定棉花基因組中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)育早期通過調(diào)控纖維發(fā)育來參與調(diào)控SCW。
　　細胞中的分子過程可以通過一種重復(fù)的DNA序列，既微衛(wèi)星定位，由于其長度變異和基序的不完整性。這種遺傳變異的機制在不同的有機體中得到了廣泛的研究。然而，基因組內(nèi)容復(fù)制的進化過程主要被植物所占據(jù)，關(guān)于非編碼的DNA還了解的很少。本研究第一次詳細在植物界的5個分類學家族的13個植物物種中，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、不完整程度和長度等特征關(guān)系。此外，比較基因組學方法有助于探索在棉花進化中微衛(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)變得越來越少在分化過程中，因為棉花這一分之在現(xiàn)在的棉花馴化過程中經(jīng)歷了全基因組復(fù)制和多倍體化的過程。