基于转录组、异位表达和遗传群体分析发掘棉花纤维品质改良候选基因

陆地棉(Gossypium hirsutum)和海岛棉(G.barbadense)是目前栽培范围最广的2个棉种，陆地棉产量高但纤维品质不及海岛棉，海岛棉纤维品质优异但产量低。分析比较海岛棉和陆地棉纤维转录组，挖掘棉纤维发育相关基因，有利于明确优质棉纤维形成的分子机理，同时为分子育种提供候选基因，以实现高产、优质性状的有效聚合。基于此，本课题组采集海岛棉品种 Pima 90-53 和海7124开花当天(0DPA)的胚珠以及开花后5d、10d、15d、20d、25d、30d的纤维构建文库进行 RNA-seq,分析鉴定海岛棉纤维伸长和次生壁加厚优势表达基因，解析优质棉纤维形成的分子机理；以陆地棉品种邯优405和农大棉13号的胚珠/纤维转录组为对照，筛选海岛棉纤维伸长和次生壁加厚优势表达基因中的海陆差异表达基因，挖掘棉纤维品质改良候选基因。在海岛棉中鉴定到759个与0DPA的胚珠相比在5、10、15DPA的纤维中皆上调表达的差异基因，分析其在棉纤维发育中的表达模式，确定了346个仅在伸长期上调表达的“海岛棉纤维伸长优势表达基因”,进一步鉴定到42个与陆地棉相比在海岛棉5、10、15DPA的纤维中皆上调表达的差异基因，可作为棉纤维长度改良的候选基因。42个基因中包括多个众所周知的棉纤维发育相关基因，在拟南芥中过表达 GbAAR3和 GbTWS1导致转基因拟南芥叶片表皮毛及暗生长的下胚轴细胞显著伸长，进一步表明其重要性。在海岛棉中鉴定到2275个与0DPA的胚珠相比在20、25、30DPA的纤维中皆上调表达的差异基因，并通过分析其表达模式筛选出647个仅在次生壁加厚期上调表达的“海岛棉纤维次生壁加厚优势表达基因”,进一步从647个基因中鉴定到48个与陆地棉相比在海岛棉20、25、30 DPA的纤维中皆上调表达的差异基因，作为棉纤维次生壁加厚期品质改良的候选基因。基于海岛棉和陆地棉参考基因组序列差异，成功开发其中39个基因的单核苷酸多态性(SNP)分子标记，能够准确快速区分海岛棉和陆地棉直系同源基因。在此基础上使用39个分子标记对本课题组前期构建的海陆回交 BC?Fs群体进行基因分型，分析表型数据发现本研究所鉴定的次生壁加厚期相关棉纤维品质改良候选基因对陆地棉的转移渐渗能够增强棉纤维断裂比强度。