陆地棉极短纤维突变基因Li1的精细定位与转录组分析
Fine-mapping of Short Fiber Mutant Gene Li1 and Transcriptome Analysis of Ligon Lintless-1(li1) Mutant in Upland Cotton
棉花纤维是纺织工业的重要原料,是最大的天然纤维来源.棉纤维的长度是重要的经济性状,它直接影响了纺织品的质量.陆地棉极短纤维突变体Li1是显性单基因控制的性状,该突变体的纤维伸长发育过早终止而导致成熟的纤维极端缩短(~6mm);因此,它是研究纤维发育的理想材料.Li1突变体引入中国后自交出现显性纯合致死现象,仅分离出杂合的极短纤维突变体(Li1 li1)植株和正常纤维的野生型(li1li1)植株(简称为li1).对Li1突变体的深入研究可以更加了解棉纤维伸长发育的调控机制,从而帮助我们从分子水平来改善棉花纤维的产量与品质.本研究从基因精细定位及转录组测序等方面对Li1突变体开展了相关研究.主要研究结果如下:扫描电镜观察了-3 DPA到5 DPALi1突变体和野生型纤维发育的形态变化,结果显示:从-3 DPA到1DPA二者的纤维形态以及纤维在种子表面的密度和分布情况均没有明显差异;然而,在3 DPA时与野生型相比突变体纤维表现的更加扭曲,形态明显异常;到5 DPA时二者的纤维长度已经出现轻微差异.因此,我们推测3 DPA可能是Li1突变体纤维发育的转折点.以上现象说明Li1突变体成熟纤维的变短很大程度上是由于纤维发育早期发育异常造成的.利用突变体Li1与海岛棉组配三个海陆杂交BC1群体:海7124*(Li1*海7124)(卷叶)、海7124*(Li-R*海7124)(卷叶)、lii1(Li1*海7124)(卷叶)对Li1基因进行精细定位.在第一个BC1群体海7124*(Lii*海7124)(卷叶),中,标记W4551与Li1从基因紧密连锁;第二个BC1群体海7124*(Li-R*海7124)(卷叶)中Li1基因最终被定位在标记W3627与W4571之间,距离W3627约0.006cM,距离W4571约0.044cM;在第三个BC1群体li1*(Li1*海7124)(卷叶)中,Li1基因被定位在标记W4806与W1960之间,距离二者分别为0.309cM和0.198cM.将以上三个分离群体精细定位的结果进行整合作图最终将Li1基因定位在了标记W3627与W4571之间,距W3627约0.017cM,距W4571约0.009cM.根据TM-1基因组序列及功能注释分析显示该区间内包含8个候选基因分别为ORF1-ORF8,其中ORF1功能注释为细胞肌动蛋白相关的Actin基因.qPCR分析发现该基因在野生型纤维发育早期及叶片中优势表达.于是,我们用VIGS瞬时表达沉默该基因后棉花叶片出现卷曲畸形,植株生长变得缓慢.为了更全面的研究Li1基因的调控机制,我们结合植株表型和扫描电镜的结果选取了 Li1突变体和其野生型(li1)两叶一心时期幼苗的叶片和纤维发育早期三个阶段(3DPA,5DPA和8DPA)的胚珠利用Illumina HiSeqTM2000进行转录组研究.分别对Li1突变体、野生型叶片和胚珠两套转录组数据的差异基因进行了相似性分析,聚类分析,MapMan的功能富集分析,KEGG的代谢通路富集分析以及转录因子的家族富集分析等.在胚珠和叶片转录组中MapMan的功能富集分析均显示突变体和野生型共同差异基因中主要是蛋白代谢相关、RNA代谢、细胞、信号转导、激素、物质转运、生长发育等相关的基因.无论是胚珠中还是叶片中差异基因在突变体中都下调表达的基因富集到细胞壁相关基因.植物细胞壁的功能完整性对于维持植物细胞形态以及细胞内的生命活动至关重要;葡萄糖是合成细胞壁等植物多糖的重要前体物质,MapMan Pathway富集分析发现在1-磷酸葡萄糖合成UDP-D-葡萄糖这一过程涉及的基因在胚珠和叶片转录组中大部分在突变体中的表达是受到抑制的.在3 DPA时在该代谢通路中的三个相关基因1个下调表达,2个上调表达;5 DPA时的4个基因均下调表达;8 DPA时的10个相关基因,8个下调,2个上调;在叶片组织中的5个,1个是下调表达.以上结果说明在Li1突变体中葡葡萄糖合成多糖过程中部分基因的表达受到抑制.
- 作者：
- 梁文化
- 学位授予单位：
- 南京农业大学
- 专业名称：
- 作物遗传育种
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 张天真
- 中图分类号：
- S562
- 关键词：
- 棉花；纤维发育；突变体；精细定位；转录组测序
- cotton; fiber development; mutant; fine mapping; RNA-seq;