海岛棉蔗糖合成酶活性特征及克隆与时空表达模式分析

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:knightxmu
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目前,棉花纤维品质改良已成为我国棉花育种工作的聚焦点,是我国棉花产业可持续发展的重要保证。在棉纤维发育的次生壁加厚期,蔗糖合成酶(Sucrose Synthase,EC2.4.1.13,Sus)活性和基因表达水平调控纤维素合成速度及沉积质量,进而对纤维比强度、长度性状的形成产生很大影响。阐明纤维生长发育过程中Sus复杂调控机制及海岛棉优异的纤维品质机理,使用现代分子标记技术来辅助育种,对选育具有优良纤维品质的棉花品种起到十分重要的推动作用。本研究选用海岛棉(Gossypium barbadense L.)抗病高产品种5917和感病品种Pima-7为亲本构建的含有216个家系的重组自交系(Recombinant inbred lines,RIL)群体及含有216个海岛棉品种的资源群体为试验材料。对2个群体全部材料2014-2015年峰值Sus活性(开花后30 d)及经济和农艺性状进行测定和调查,进行相关性分析;同时,对RIL群体亲本(5917,Pima-7)Sus进行了同源克隆和生物信息学分析;后分别测定和检测RIL群体亲本和资源群体中有代表性的品种(新海21号,新陆中36号)开花后0 d-35 d Sus活性和基因时空表达模式并与转录组高通量测序结果进行结合验证。本试验主要结果如下:1.Sus活性在不同研究群体间变异系数差异明显。在RIL群体和资源群体2年平均值分别为23.79%和35.15%。Sus活性与纤维断裂比强度直接通径系数最大,即综合直接作用最大。2.纤维发育过程中2个高比强度海岛棉品种5917(48.2 cN·tex-1)和新海21号(42.3cN·tex-1),1个低比强度海岛棉品种Pima-7(37.6 cN·tex-1)和1个陆地棉(Gossypium hirsutum L.)品种新陆中36号(32.8 cN·tex-1)Sus活性变化特征均呈单峰曲线,且Sus活性与纤维比强度显著正相关。5917、新海21号和Pima-7的Sus活性峰值出现在开花后30 d,新陆中36号的Sus活性峰值出现在开花后25 d。3.经济和农艺性状相关性分析后发现,全部20个性状中以单株铃数和纤维伸长率的变异系数变幅较大,各项产量性状变异系数较大,纤维品质性状的变异系数较小。影响棉花皮棉产量的主要内部因素为单株铃数和衣分,影响棉花品质性状的主要内部因素为纤维比强度和长度。4.同源克隆分别得到RIL群体亲本的Sus家族gDNA序列。Sus1-Sus7全长分别为4389bp、3722 bp、4397 bp、3761 bp、3392 bp、5168 bp、3972 bp。5917 Sus1与二倍体亚洲棉(Gossypium arboreum L.)GaSus1编码区(Coding sequence,CDS)序列中存在9处SNP位点,Pima-7 Sus1与GaSus1 CDS序列中存在8处SNP位点;5917 Sus2与GaSus2 CDS序列中存在25处SNP位点,Pima-7 Sus2与GaSus2 CDS序列中存在8处SNP位点;5917 Sus3与GaSus3 CDS序列中存在8处SNP位点,Pima-7 Sus3与GaSus3CDS序列中存在9处SNP位点;5917 Sus4与GaSus4 CDS序列中存在40处SNP位点,Pima-7 Sus4与GaSus4 CDS序列中存在41处SNP位点;5917 Sus5与GaSus5 CDS序列中存在27处SNP位点,Pima-7 Sus5与GaSus5 CDS序列中存在27处SNP位点;5917 Sus6与GaSus6 CDS序列中存在16处SNP位点,Pima-7 Sus6与GaSus6 CDS序列中存在16处SNP位点;5917 Sus7与GaSus7 CDS序列中存在7处SNP位点,Pima-7 Sus7与GaSus7CDS序列中存在7处SNP位点。海岛棉品种5917 Sus1与Pima-7 Sus1 CDS序列中存在1处SNP位点;5917 Sus2与Pima-7 Sus2 CDS序列中存在21处SNP位点;5917 Sus3与Pima-7 Sus3 CDS序列中存在4处SNP位点;5917 Sus4与Pima-7 Sus4 CDS序列中存在1处SNP位点;5917 Sus5、Sus6、Sus7与Pima-7 Sus5、Sus6、Sus7 CDS序列中不存在SNP位点。5.转录组高通量测序结果表明,在异源四倍体棉花存在的15个Sus中,Sus1D、Sus2A、Sus3A、Sus3D、Sus4A、Sus5D、Sus6A、Sus6D共8个Sus在纤维中高表达。海岛棉品种新海21号中显著上调的Sus是Sus5D、Sus2A、Sus3A、Sus3D,它们的RPKM值分别是陆地棉品种新陆中36号的5.24、1.60、1.51和1.33倍。而qRT-PCR结果分析发现,除上述8个基因外,Sus1A、Sus8D这2个Sus可能也与棉纤维的发育有关。
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