棉花开花关键基因鉴定及功能分析

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ersand
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食者粮也,衣者棉也,衣食住行“衣”为先。棉花是我国重要的农业经济产品,中国作为最大的原棉生产国和消费国,棉花纤维品质和产量依旧面临诸多挑战。因此挖掘与开花时间相关的重要基因,解析棉花开花调控途径,结合分子育种手段,有利于培育适应各地区气候条件的早熟品种以保证棉花纤维品质及种植面积,同时可以利用时间差缓解粮棉争地矛盾获得粮棉双高产,还可以有效避开季节干旱等气候因素的不利影响,集中统一成熟期增加机械化程度,从而为棉花育种有目的的改良品种,提升产量和品质提供服务。本文以陆地棉(Gossypium hirsutum L.),雷蒙德氏棉(Gossypium raimondii),亚洲棉(Gossypium arboretum L.)为研究对象,通过HMMER 3.0软件鉴定各棉种MADS-box、PEBP、LFY、COL家族基因。利用MEME、MEGA 7.0、TBtools和Map Inspect软件以及omicshare网站进行Motif预测、多序列比对聚类分析、基因结构鉴定、染色体定位以及组织特异性表达分析。利用陆地棉表达分析、进化分析以及荧光定量筛选开花相关关键基因,进一步通过基因克隆,拟南芥遗传转化和VIGS沉默来验证基因功能。本研究主要结论:1.鉴定获得陆地棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉MADS-box基因181个,130个,96个。各棉种中MADS-box蛋白可分为Type I和MIKC型两类。MIKC型MADS-box蛋白又包含AGL12、AGL17、AG、SVP、AGL15、BS、AP3/PI、SOC1、AP1、AGL6和SEP亚家族以及MIKC*型基因,其中陆地棉中缺少AGL12类蛋白。2.通过全基因组家族鉴定,共获得陆地棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉PEBP家族基因19个,10个,9个。进化分析显示,各棉种中PEBP家族蛋白均可分为FT、TFL、MFT和PEBP四个亚家族。3.共鉴定获得陆地棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉LFY基因2个、1个、1个。4个基因均含有3个外显子,编码蛋白均为406 aa,且包含保守的SAM-LFY结构域。4.COL家族基因在陆地棉、雷蒙德氏棉、亚洲棉中分别有45个、22个、16个。进化分析显示,COL家族蛋白均可分为3类。Motif预测分析发现,COL蛋白同时包含1个CCT结构域和一个或两个B-box结构域。5.通过表达模式分发现,MADS-box基因、PEBP基因、LFY基因、COL基因主要在陆地棉花器官、纤维、叶片中以及亚洲棉根、茎、叶、纤维中表达。6.根据进化分析和表达模式分析结果筛选出15个开花相关重点基因:3个SVP基因、4个COL基因、2个LFY基因、2个AGL8基因、3个SOC1基因、1个FT基因。7.陆地棉中基因GH_A07G0749和GH_D07G0744在早熟棉(中棉所74和中棉所50)中表达量显著高于晚熟棉(国欣棉11和STS-458)。8.过表达基因GhAGL8-A07(GH_A07G0749)或GhAGL8-D07(GH_D07G0744)能够促进拟南芥早花3~5天。VIGS沉默基因GhAGL8能够使得陆地棉迟现蕾5~7天,晚花3~5天。说明基因GhAGL8能够促进植株开花。9.推测基因GhAGL8-A07和GhAGL8-D07正调控AP1基因,和FT基因存在负调控关系。
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