脱叶剂敏感棉花种质的筛选及脱叶相关基因的挖掘和初步验证
棉花作为纺织业的原材料,是我国种植最广泛的纤维作物之一。随着国家政策的支持和人口结构的改变,我国棉产区的生产方式也发生了极大的变化。新疆作为西北内陆棉区最主要的棉花产地,凭借其得天独厚的环境与地理优势,已逐渐成为我国最大的棉花种植区。随着棉产区机械化水平的稳步提高,机采棉的问题尤为突出,棉花的机械采收降低了人工成本提高了生产效率,但一定程度上降低了棉花的品质,筛选与培育适宜机械采收的棉花品种是新疆棉花产业健康发展的根本。本试验通过调查产量、纤维品质、株型、生育期、脱叶等性状,构建了陆地棉脱叶剂敏感性分析体系,对383份陆地棉种质资源进行了脱叶剂敏感性品种的筛选与鉴定,并将脱叶表型数据与基因组重测序数据进行全基因组关联分析（Genome-wide association study,GWAS）,筛选并验证了与调控脱叶的相关候选基因。为选育优质脱叶敏感的品种和挖掘调控脱叶相关基因提供理论依据。主要研究结果如下:1.对来源不同地区的383份陆地棉种质资源进行了2年脱叶剂处理试验,通过陆地棉脱叶剂敏感性分析体系,共筛选出敏感材料13份,不敏感材料18份。通过多表型性状的聚类分析,将材料的脱叶剂敏感性进行了矫正,共筛选出优质的敏感材料12份和不敏感材料19份,与以脱叶性状为基础的筛选结果基本一致。t检验结果显示,在第二果枝长度、第五果枝长度、第八果枝长度、平均果枝长度、株高、株宽和第一果枝吐絮时间性状方面,脱叶剂敏感材料与不敏感材料间存在显著性差异。分析结果表明株型性状和生育期性状可作为筛选陆地棉脱叶剂敏感型品种的预测指标。2.为比较田间和室内环境下脱叶剂处理对叶柄离层的影响,将25份具有脱叶剂敏感性差异的陆地棉品种分别选取部分材料进行田间和室内脱叶剂处理试验。结果发现吐絮期脱叶剂处理后,敏感与不敏感材料在1d-5d内的脱叶率变化波动最大。室内10叶期脱叶率变化的关键时期是3d-4.5d（即72h-108h）,且敏感材料的叶片脱落集中发生在植株下部,不敏感材料的叶片脱落则集中发生在植株上部。室内离层观察试验与叶柄部离层细胞的观察结果显示,脱叶剂处理2d后是离层形成的关键时期,敏感材料与不敏感材料脱叶表型出现差异的时间为72h以后。这一结果为脱叶相关功能基因的研究提供了时间参考。3.将383份陆地棉品种的相对脱叶率（RDR）BLUP值以及重测序获得的1 076 652个SNP标记进行了GWAS分析。在A13染色体上共计检测倒4个显著性位点,四个位点位于A13染色体上5168kb-5214kb附近的信号峰上。因此,将A13染色体上5168kb-5214kb的区间视为调控脱叶基因的候选区间,通过对候选区间内的37个SNP位点进行分析,将关联群体划分成3种单体型,并命名为Hap＿1～Hap＿3,在整个群体中所占的比例分别为40.16%、9.56%和50.27%,且Hap＿2与Hap＿1、Hap＿3单体型的RDR和RDR＿BLUP值均呈显著性差异。4.对田间吐絮期脱叶剂处理后的叶柄进行多个时间节点取样,提取RNA,并进行荧光定量PCR（q RT-PCR）分析;对室内10叶期脱叶剂处理后的叶柄进行时间梯度取样,并进行转录组测序,结合q RT-PCR分析与转录组测序的结果,对候选区间内的4个候选基因进行了鉴定。初步确定了2个候选基因（Gh＿A13G042700.1、Gh＿A13G043000.1）。5.为探究上述两个候选基因在陆地棉脱叶过程中的作用,选用脱叶剂敏感性差异显著的材料作为病毒诱导基因沉默（VIGS）试验的供试材料。结果Gh＿A13G043000.1没有出现显著的差异表型,而Gh＿A13G042700.1在VIGS后呈现出显著的表型差异,沉默该基因后,脱叶剂敏感材料变得不敏感,脱叶率下降,因此,初步判断该基因很有可能是正调控促进叶片脱落的功能基因。
- 作者：
- 秦宁
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 杜雄明；何良荣
- 中图分类号：
- S562
- 关键词：
- 陆地棉；脱叶性状；脱叶剂敏感性；GWAS；脱叶基因
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- 基金项目：
- “中国农业部作物种质资源保护计划（项目编号:19221957）”的部分研究成果，课题主持人:杜雄明研究员（塔里木大学）