陆地棉株高与果枝数QTL定位及25号染色体相关候选基因的功能验证

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陆地棉(Gossypium hirsutum L.)是天然纤维作物之一,为纺织工业提供了重要原料。株高、果枝数和纤维强度作为棉花株型和纤维品质的重要性状之一,是遗传改良中重要目标性状。它们都属于数量性状,受多基因的控制,易受环境影响。近年来,定位了大量棉花农艺性状和纤维品质性状相关的QTL,其中有关株高与果枝数QTL较少;对定位到的纤维品质QTL置信区间内的基因进行功能验证的偏少。本研究利用本课题前期的Cotton SNP80K芯片基因分型数据,以最新版陆地棉测序数据作为参考基因组,重新构建高密度遗传图谱,结合中棉所70重组自交系群体株高和果枝数的表型数据进行QTL定位。在株高性状中总共定位到69个QTL,其中有9个多环境稳定的QTL;在果枝数性状中总共定位到63个QTL,其中有11个多环境稳定的QTL。25号染色体上的1个株高QTL与前人报道相一致。在定位到的株高和果枝数QTL的置信区间内分别包含495和446个基因。结合注释信息,表达模式和拟南芥同源基因的注释,最终确定了6个基因(GH_D03G0586、GH_A01G1023、GH_A01G1055、GH_D03G1142、GH_A13G0765和GH_D07G0421)被认为是潜在的候选基因。针对25号染色体上的纤维强度主效QTL qFS-chr25-4中的4个候选基因(Gh_D06G0805、Gh_D06G0806、Gh_D06G0807和Gh_D06G0809)开展了相关功能验证。以表达量作对比,采用q RT-PCR对转录组数据进行验证,均得到Gh_D06G0807和Gh_D06G0809在纤维中具有优势表达。之后对这4个候选基因进行了亚细胞定位实验。构建了4个候选基因的拟南芥超表达载体,利用农杆菌注射法遗传转化拟南芥。结果表明,与野生型拟南芥(WT)相比,Gh_D06G0809转基因株系的生长明显增快且其根明显增长;Gh_D06G0806转基因植株与WT相比,叶片相对宽大,茎稍短;Gh_D06G0805转基因植株出现了移栽后死亡的现象;Gh_D06G0807暂未观察到与WT明显区别的表型。本研究运用正向遗传学的手段,对目标性状进行了QTL定位,在多个环境下验证其定位的准确性,并找出置信区间内的基因,通过表达量分析及代谢通路的分析,初步确定了候选基因,通过功能验证候选基因是否对棉花目标性状改良有潜在贡献,为棉花目标性状的改良奠定了基础。
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