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植物矮化对提高其抗倒性具有非常重要的作用,自1922年Parnell等在水稻上发现自然矮杆突变体以来,先后在小麦、大麦、玉米,黄瓜、南瓜、西瓜等作物上发现了不同的矮化突变体,并对这些矮化性状的遗传、基因定位等进行研究。矮化突变体的研究和应用对水稻、小麦等作物的矮化育种起到了十分积极的推动作用。自Harland在海岛棉中发现一种“矮皱突变体”(crinkled dwarf)以后,相继有Hutchinson、McMichael、何鉴星、陈旭升等发现了不同的棉花矮化突变体。我们于1998年在一个种间杂交的F2群体中,发现一株极端矮化的突变体,经自交纯化,得到纯合突变体“AS98”。该突变体在子叶期与正常植株没有明显差异,从4叶期起,节间比正常植株显著变短,以后各节间逐渐缩短,最后节间主茎叶柄基部连接在一起,没有明显的节间特征。但是,叶片表现为正常的阔叶,与已经报道的棉花矮化突变体的叶片皱缩有明显区别,这种类型的棉花矮化突变体在文献中未见报道。为此,本文研究该突变体矮化性状的遗传规律,突变体对不同激素的敏感性,不同激素对突变体的生理影响,并尝试发现突变体矮化基因的分子标记,以及探索同分离群体中正常植株与突变体的基因表达差异。1、AS98矮化性状的遗传分析本实验比较分析了正常株系LFH-10W99(以下简称LHF)与AS98的形态特征差异,并用LHF与AS98杂交构建的F1、F2和回交世代群体研究分析该矮化性状的遗传规律。结果,两个亲本杂交F1的株高表现为半矮化且为单峰分布；F2植株的株高变化很大,表型分离为正常型、半矮化型和极端矮化型三种,株高且表现为三峰分布,χ2检验这三种表现型的分离比例符合1：2：1的分离比例；LHF与F1回交获得的BC1分离为正常型和半矮化型两种表现型,χ2检验这两种表现型的分离比例符合1：1的分离比例；AS98与F1回交获得的BC2却分离为半矮化和极端矮化两种,χ2检验这两种表现型的分离比例也符合1：1的分离比例。这些结果表明AS98的极端矮化性状受一对不完全显性基因控制。2、AS98激素敏感性分析本实验在现蕾期利用不同外源激素GA3(赤霉素)、BR(油菜素内酯)和IAA(生长素)处理突变体AS98,以溶剂处理的AS98和LHF为对照,研究分析不同激素对AS98的株高、节间长度、叶片数的影响。结果显示,0.28μm.l-1的外源GA3连续处理后,AS98的株高和节间长度分别达64.8cm和2.82cm,与对照LHF株高差异不显著,而与AS98对照的株高差异达极显著水平,但不同浓度IAA和BR处理后AS98株高只有19.7～24.5cm,节间长度0.95～1.12cm,且与AS98对照株高的差异不及GA3的明显。表明连续用GA3处理可以恢复AS98的株高。回归分析发现,GA3与AS98株高的回归系数为0.46,达极显著水平,IAA和BR与AS98株高的回归系数不显著；同时GA3与节间长度的回归系数也达极显著水平,IAA和BR与节间长度的回归系数也不显著。这些结果表明AS98的株高和节间长度与外源GA3具有显著的正相关性,说明AS98是一个GA敏感性突变体。3、外源激素对AS98生理影响本实验通过用外源激素处理AS98,比较分析AS98内源激素GA、IAA、ZR和ABA含量及α-淀粉酶活性变化。结果显示,施用外源GA3能显著增加AS98叶片GA、IAA、ZR和ABA的含量；低浓度外源IAA对AS98的内源GA和IAA的积累具有一定的促进作用,外源IAA对ZR的合成具有抑制效应,对ABA的合成具有一定的促进效应；外源BR对AS98的内源GA和ABA的合成具有促进作用,对ZR的合成具有抑制作用,而对IAA的合成具有明显的浓度效应,低浓度促进IAA合成,高浓度抑制IAA合成。外源GA3对AS98的α-淀粉酶活性影响具有浓度效应,低浓度具有促进作用。PP333对α-淀粉酶活性具有抑制作用,而且PP333对α-淀粉酶活性的抑制作用可以通过施用GA3得到恢复。综上所述,AS98是一个典型的GA缺陷型矮化突变体。施用外源GA3能使促进生长的内源激素显著增加,同时,使α-淀粉酶活性增加,而且,PP333对α-淀粉酶活的抑制作用也可以通过施用GA3得到恢复。4、AS98矮化性状的SSR和AFLP分子标记本实验以AS98与正常型品种LHF杂交的F2世代作分子标记群体,利用SSR和AFLP分子标记技术进行矮化性状的分子标记分析。用6000对棉花SSR标记和256对AFLP标记进行多态性筛选,共得到具有多态性的SSR标记位点38个和AFLP标记位点9个。用LHF与AS98杂交后获得F2代的214个单株DNA进行PCR反应和电泳检测,用Joinmap4.0进行连锁分析。结果在LOD值为6.0时,有25对引物分布在3个连锁群,总长657 cM,标记间的平均距离26.8 cM,其余标记单一分布。AS98的矮化性状标记被定位在连锁群1上。通过分析找到1个与该矮化性状连锁的SSR标记(GH537)和AFLP标记(E4M13),它们与该性状的遗传距离分别为5.1cM和9.5cM。5、AS98的cDNA-AFLP分析本实验利用LHF与AS98杂交后代分离出的正常表现型植株和极端矮化表现型植株,在现蕾期提取两种株型的茎尖、茎和根的RNA,利用cDNA-AFLP技术分析两种植株茎尖的表达差异。结果筛选到差异表达的片段32条,对这32条片段进行克隆测序,利用生物信息学进行分析发现其中一条(HD61)与拟南芥的阿拉伯半乳聚糖蛋白的同源性较高。我们用棉花的阿拉伯半乳聚糖蛋白(GhAGP)的序列设计引物,用RT-PCR方法检验阿拉伯半乳聚糖蛋白在两类植株的茎尖、茎和根等组织上的表达差异,结果GhAGP基因在突变型和正常型材料的茎、根上的表达量基本相同,但是在茎尖上却表现出明显的差异,突变型茎尖上的表达量显著低于正常型茎尖的表达量,表明了GhAGP可能参与棉花茎尖细胞的伸长生长过程。