通过比较表型和基因组分析,揭示与棉纤维高强度相关的关键基因

随着现代高速纺纱技术的出现,对棉纤维高强度的要求急剧提高。棉纤维是一种巨大的单细胞,几乎由纯纤维素组成。因此,棉纤维的强度可以由调节纤维素的含量、数量和顺序的因素来决定。单纤维强力是影响棉纤维成纱强力的最关键的质量属性。由于难以可靠地测量单个棉纤维的强度,因此通常从纤维束中测量纤维强度。

图1所示。近等基因棉花品系md52ne和MD90ne的开发,基因几乎相似,但纤维强度不同。

然而,纤维束强度并不总是与单个纤维和纱线测量的强度相关,因为除了单个纤维强度外,它还受到束内纤维与纤维相互作用所涉及的多种纤维特性的影响。棉花研究人员试官方manbetx手机版图改善陆地棉的这一特性。Gossypium分子)遗传背景。调节纤维强度的分子机制尚不清楚。g .分子通过回交(BC)培育出近等基因系(NILs)、MD52ne和MD90ne。MD90ne是复发的亲本,MD52ne是BC6高BFS基因(图1)。结果,MD52ne获得了一个促进纤维强度的基因,在遗传上与MD90ne几乎相同。

本研究利用RNA-seq技术揭示了MD52ne中优异的单个纤维强度(与纱线强度相关)形成背后的分子机制。对比纤维性能分析显示,MD52ne的单根和束纤维强度都比NIL MD90ne高(~20%)(图2A)。比较基因组定位分析使用F2两个NILs杂交得到的群体发现,与高纤维强度相关的位点位于陆地棉染色体A03上的84兆碱基对上(图2B)。采用微阵列、RNA测序(RNA-seq)和逆转录定量PCR (RT-qPCR)进行比较转录组学分析(图2C)。

图2所示。MD52ne与MD90ne棉系比较分析。图中包含的缩写名称有:AFIS, Advanced fiber information system;ATR-FTIR,衰减全反射-傅里叶变换红外光谱;HVI,大体积仪器;富亮氨酸重复受体样激酶;QTL,数量性状位点;SSR,简单序列重复;RT-qPCR,逆转录定量聚合酶链反应。

RNA-seq结果显示,与结晶纤维素组装相关的基因、乙烯植物激素和植物激素的差异表达受体激酶(RLK) MD52ne和MD90ne发育纤维之间的信号通路。与乙烯及其促进纤维伸长的网络信号通路相关的转录本在MD52ne中非常丰富。乙烯气体被认为是刺激纤维发育的主要植物激素。乙烯及其植物激素网络可能促进MD52ne纤维的伸长,并通过潜在地改善纤维间相互作用间接促进纤维束强度。有趣的是,定位于质膜的多个RLKs在较强棉花品系MD52ne和较弱棉花品系MD90ne的发育纤维中表达差异,并且定位于包含强度数量性状位点的基因组区域。在各类RLKs中,含有3个结构域(LRR配体结合基序、跨膜区和激酶结构域)的leucine rich repeat (LRR) RLKs最为丰富。与LRR RLKs相关的基因也位于A03染色体纤维强度位点的基因组区域。LRR RLKs最近被认为是调节植物细胞壁完整性维持和纤维素沉积的一种新的信号通路。一个远程雷达RLKGh_D08G0203在MD52ne纤维发育过程中,15 DPA(377倍)和20 DPA(702倍)是高度上调的基因之一。MD52ne纤维中与结晶纤维素微单元组装有关的几个候选基因也在棉纤维中活跃地产生纤维素时被上调。综合分析结果表明,MD52ne纤维具有较高的纤维强度,而较大的纤维长度对纤维束强度的贡献较小,RLKs是调控棉纤维细胞壁组装和强度的候选基因。

Md sarful Islam, David D. Fang, Hee Jin Kim
USDA-ARS,南方区域研究中心,棉纤维生物科学研究单官方manbetx手机版位,
新奥尔良,LA 70124,美国

出版

棉花(Gossypium hirsutum L.) MD52ne的纤维特性比较和转录组分析揭示了高纤维强度的潜在关键基因。
Islam MS, Fang DD, Thyssen GN, Delhom CD, Liu Y, Kim hji
BMC Plant Biol. 2016年2月1日

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