亚洲棉短纤维发育相关长链非编码RNA的鉴定及表达

【目的】长链非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)是一类无蛋白质编码能力,但参与许多重要生命活动调控过程的长度大于200 nt的RNA。通过对亚洲棉无短纤维突变体(GA0149)和野生型(GA0146)纤维发育早期的转录组数据进行分析,挖掘调控短纤维发育的lncRNA,并明确其调控网络,为进一步解析棉花纤维发育机制奠定基础。【方法】选择GA0146和GA01492个材料在开花后当天(0 DPA)及花后3 d(3 DPA)、5 d(5 DPA)和8 d(8 DPA)的胚珠和纤维为材料进行转录组测序。鉴定lncRNA并预测其调控的靶基因;通过mRNA和lncRNA的差异表达分析,比较2个材料在不同纤维发育时期的差异。进一步利用KOBAS软件预测对差异lncRNA的靶基因进行富集分析并预测其参与的生物过程;最后通过实时荧光定量(RT-qPCR)技术对25个差异表达的lncRNA转录组数据进行验证。【结果】共鉴定获得15339个lncRNA,其中11595个lncRNA位于基因间区,包括2428个反义lncRNA、350个内含子lncRNA及966个正义lncRNA。共有1932个差异表达lncRNA(DE-lncRNA),它们所对应的8134个靶基因中,有788个为差异表达基因(DE-mRNA)。KEGG代谢通路富集分析表明,DE-mRNA主要参与植物激素信号转导(plant hormone signal transduction)和内质网中蛋白质加工过程(protein processing in endoplasmic reticulum)。共表达调控网络分析显示,表达量差异比较显著的lncRNA(MSTRG.454250.3)和其所调控的靶基因表达趋势一致,仅在野生型(GA0146)短纤维发育早期胚珠中特异表达;而lncRNA(MSTRG.454261.4)与其调控的靶基因表达趋势相反,在突变体(GA0149)中的表达量显著高于野生型。RT-qPCR结果证实了转录组数据的真实性。【结论】鉴定了26个与亚洲棉短纤维发育相关的lncRNA,其通过调控植物激素信号转导途径相关的吲哚乙酸合成酶基因(Ga03G2421)和生长素响应蛋白基因(Ga05G1344)的表达而影响短纤维的发育。

陆地棉种质资源表型性状综合评价

【目的】鉴定分析陆地棉种质的纤维品质、产量和早熟等性状,筛选综合评价指标,建立可靠的综合评价模型,为陆地棉品种选育提供理论支撑。【方法】以来源广泛的630份陆地棉种质为材料,在中国3个主要植棉区的8个环境下,对17个表型性状进行鉴定,使用R包“lme4”对表型性状数据进行最佳线性无偏估计(best linear unbiased prediction,BLUP),并用于后续分析。综合运用相关分析、主成分分析、隶属函数法、聚类分析和逐步回归等方法对陆地棉种质进行综合评价。【结果】陆地棉种质群体具有较高的遗传多样性,不同性状的多样性指数为1.961-2.084,并且存在明显的区域特异性。该群体的铃数、伸长率、纺纱均匀性指数和短绒率具有较大变异,纤维长度、纤维强度和生育期性状的变异较小。相关分析表明,多数性状间存在显著或极显著相关性,部分纤维品质性状之间存在极强相关性。通过主成分分析,将17个性状转换为6个独立的综合指标,其贡献率为5.860%-31.044%,累积贡献率达到82.642%。主成分分析可以很好地将该陆地棉群体的纤维品质性状、产量性状和农艺性状进行分类。利用隶属函数法计算表型综合值(F值),17个性状的表型值与F值均显著相关。发现F值高的材料(均值为0.668)的产量性状(铃数、单铃重、衣分和子指)和纤维品质性状(纤维长度、纤维整齐度、纤维强度、纺纱均匀性指数、短绒率和马克隆值)显著优于F值低的材料(均值为0.396),并且具有植株较高和生育期较长的特点。通过逐步回归建立了8个性状(铃数、吐絮期、单铃重、开花期、衣分、株高、果枝始节和纺纱均匀性指数)作为自变量的回归方程。基于F值进行系统聚类,将630份陆地棉种质划分为4类,第Ⅰ类为纤维品质优质型,包含118份材料;第Ⅱ类丰产型包含250份材料;第Ⅲ类为早熟型,包含51份材料;第Ⅳ类材料的表型介于第Ⅱ类和第Ⅲ类之间。最终筛选出23份纤维品质优良材料和135份高产材料,可提供育种和生产应用。【结论】陆地棉表型性状存在地理来源特异性;采用多元统计分析方法综合评价陆地棉种质是可行的;630份陆地棉种质可被分划为4种类型(优质型、丰产型、早熟型和其他型)。