棉纤维发育相关酶活性的基因型差异与纤维比强度的关系

【目的】以纤维比强度差异较大的不同基因型棉花为材料,研究它们纤维发育过程中相关酶活性的动态变化与纤维比强度的关系,为探索改善棉纤维比强度的生理调控途径提供理论依据。【方法】选择棉纤维比强度分属高(科棉1号)、中(美棉33B)、低(德夏棉1号和苏棉15号)3种类型,4个不同基因型的品种,在大田栽培条件下,研究棉纤维次生壁加厚过程中相关酶活性的动态变化、纤维素累积和纤维比强度形成的关系。【结果】β-1,3-葡聚糖酶活性在次生壁加厚发育过程中呈下降趋势,蔗糖合成酶、过氧化物酶和IAA氧化酶活性变化均呈单峰曲线,基因型间差异主要表现在酶活性的大小和峰值出现的时间。科棉1号属高强纤维基因型,棉纤维中与纤维发育相关的酶活性在整个次生壁加厚期高于中、低强纤维基因型,前者酶活的动态变化与纤维素累积快速增长期的协调性好,纤维素累积平缓,纤维比强度增强的幅度大;反之,如低强纤维品种德夏棉1号和苏棉15号,其纤维发育相关酶在次生壁加厚期活性低,纤维素累积快速增长期短,纤维比强度增强的幅度小;美棉33B棉纤维发育相关酶活性、纤维素累积和纤维比强度形成特征介于上述两种基因型之间。【结论】不同基因型棉花纤维中与纤维发育相关的酶活性存在显著差异,该差异可能是导致纤维素累积特性及纤维比强度形成基因型间差异的主要生理原因之一。

棉纤维发育过程中糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系

【目的】研究棉纤维发育过程中的糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系,探索改善棉纤维比强度的生理调控技术途径。【方法】以美棉33B(AC-33B)和科棉1号(KC-1)为材料,设置大田氮素水平0kg N·hm-2(缺氮)、240kg N·hm-2(适氮)和480kg N·hm-2(高氮)试验,研究3个氮素水平下棉纤维发育过程中糖代谢的重要物质(蔗糖和β-1,3-葡聚糖)含量变化、调节糖代谢的相关酶(蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶及β-1,3-葡聚糖酶)活性的动态变化和纤维比强度形成的关系。【结果】两年试验结果表明,在240kg N·hm-2水平下,棉纤维中的蔗糖酶活性最高,可长时间地为棉纤维发育提供一个充足的物质能量库,蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性最高,促使纤维发育过程中铃龄5～24d的蔗糖下降量及24～31d蔗糖增长量最大,并且全铃期内转化率高且转化彻底,β-1,3-葡聚糖酶活性高,使含量及峰值高的β-1,3-葡聚糖中后期转化彻底,因此,此水平下棉纤维发育过程中蔗糖和β-1,3-葡聚糖含量的上述动态变化,有利于纤维素平缓累积且累积期长,与高强纤维的形成需要的纤维素累积特征相吻合;而在0kg N·hm-2水平下,棉纤维发育过程的糖代谢生理特征与上述表现刚好相反,最终纤维素累积过快且累积期短,形成低强纤维;480kg N·hm-2水平则介于上述两者之间。【结论】棉纤维发育过程糖类物质代谢生理特征在0、240、480kgN·hm-2水平间存在明显差异,该差异是导致纤维最终比强度形成不同的重要因素。在240kg N·hm-2水平下,上述糖代谢相关酶活性变化及糖类物质供给更为优化,更有利于高强纤维的形成。

棉纤维发育相关基因时空表达与纤维品质的关联分析

以14个纤维品质差异的棉花品种(或品系)为材料,研究10个纤维发育相关基因时空表达变化与纤维品质的关系,为阐明棉纤维发育相关基因与纤维品质形成关系提供理论基础。利用实时荧光定量PCR技术检测10个基因在14个供试品种(或品系)不同纤维发育时期的相对表达量,结果表明,虽然遗传背景完全不同,但它们具有某些共同表达特征。GhExp1、GhCIPK1、GhSus1、GhSusA1和GhPL这5个基因都是在纤维伸长期优势表达;GhACT1、GhRacA和GhRacB是在纤维伸长前期和次生壁加厚期高表达;而GhCelA1和GhcelA3是在纤维伸长后期和次生壁加厚期优势表达。这些基因表达谱与纤维品质关联分析显示,GhRacA在23DPA高表达且表达量与纤维品质显著正相关,其余基因在低表达时其表达量与纤维品质呈显著性相关,而在高表达时其表达量与纤维品质无相关性。GhExp1在20DPA的表达量与纤维比强度和整齐度呈显著负相关,与伸长率呈极显著正相关;GhPL在23DPA的表达量与纤维长度呈显著负相关;GhRacA在5DPA和23DPA的表达量均与伸长率呈极显著正相关;GhRacB在10DPA的表达量与长度和整齐度呈显著负相关;GhCelA1基因在5DPA的表达量与纤维长度呈显著正相关,与马克隆值呈显著负相关,在10DPA的表达量与马克隆值呈显著正相关,与伸长率达到极显著正相关,与比强度呈显著负相关,与长度和整齐度呈极显著负相关;GhCIPK1、GhACT1、GhSus1、GhSusA1和GhCelA3这5个基因在纤维发育各时期的表达量与纤维品质各指标未检测到相关性。

基因型在胚珠继代培养过程中对棉纤维发育的影响

比较了 1 2个基因型在胚珠继代培养过程对棉纤维发育的影响 ,结果表明 ,纤维干重和纤维长度、精细、胞壁厚度等指标因基因型的不同而存在显著差异。其中 ,长德 1 84和肖县 1 3 3的纤维长度、显著大于其他基因型的 ,分别为 3 1 . 5、3 0 . 7mm;中棉所 2 3、湘 88-2 3 8、长德 1 84的细胞壁厚度显著大于其他基因型的 ,分别为 3 . 2 5、3 . 2 3、3 .2 1μm;湘 83 -2 3 8、长德 1 84的纤维成熟度分别为2 . 1 1、1 . 94。因此 ,可根据研究目标选用适当的基因型。

棉纤维发育过程中基因表达的研究进展

棉纤维发育过程中基因表达的研究进展陈松周宝良（江苏省农业科学院经济作物研究所，南京２１００１４）吴敬音（江苏省农业科学研究院生物遗传生理研究所，南京２１００１４）前言棉纤维是由胚珠表皮细胞经过分化、伸长、次生壁加厚等一系列过程发育形成的，其发育过程...

彩色棉抗氧化酶活性与棉纤维发育相关性研究

以1对纤维颜色不同的棉花近等基因系为试材,研究其棉纤维发育过程中棉铃抗氧化酶活性的动态变化,为棉纤维品质的改良提供理论依据。选择白色棉和绿色棉2个棉花品系,于花铃期和吐絮期分别测定铃壳、棉籽、棉纤维中SOD活性、POD活性、CAT活性以及MDA含量、可溶性蛋白含量,并对其纤维产量及长度进行考察。结果表明,在花铃期,白色棉纤维中SOD和POD活性均低于绿色棉,CAT活性显著高于绿色棉;而吐絮期,白色棉纤维中的抗氧化酶活性均高于绿色棉;绿色棉铃壳和棉籽中的MDA含量在整个生育期均高于白色棉;棉纤维的发育与抗氧化酶活性密切相关;棉纤维发育前期,较高的SOD,POD活性可以促进纤维的伸长,发育后期则有利于次生壁的加厚;绿色棉铃壳和棉籽中相对较差的抗氧化酶系统会促进色素的积累,从而影响棉纤维初生壁和次生壁的发育。

新疆棉区气温对棉纤维发育的影响

1984—1989年在新疆九个地方试验表明,新疆棉区6月至9月上旬气温条件甚为优越,很适于棉铃发育。但9月起气温下降快,并呈现三个特点:白天气温仍相当高,一天内气温≥20℃的时间逐渐减少,夜间气温下降急剧。各地从9月中旬至10上旬的某一时期起,夜温过低即成为棉纤维发育的限制因子。过低的夜温对棉纤维强度和细度的影响大于对长度的影响。各地早期、中期吐絮的棉纤维发育好,品质优良。北疆8月初、南疆8月中、东疆吐鲁番8月下旬开花的棉铃发育不正常,纤维品质差。南疆有的年份有的地方8月中旬开花的棉铃纤维发育仍好,也有8月初开花的棉铃纤维发育就差的。

新疆棉区的气温和棉纤维发育关系的研究

本研究1984～1989年在石河子、莫索湾、博乐、库尔勒、库车、阿拉尔、麦盖提、喀什和吐鲁番进行。1988年并在北京进行试验。6年结果表明,新疆各地6月至9月上旬气温条件甚为优越,适于棉铃良好发育。9月起气温下降快,其特点有三:一是白天的气温保持相当高;一天内气温≥20℃的时间逐渐减少;夜间气温下降急剧。各地从9月中旬至10月上旬的某一时期起,夜温过低成为纤维发育的限制因子。夜温过低对纤维强度和细度的影响大于长度。夜温过低降低棉叶中淀粉的降解和输出率,减少棉纤维发育所需的糖源,从而影响纤维发育。总之,各地早期、中期吐絮的棉铃纤维发育好,品质优良。北疆8月初、南疆8月中、东疆吐鲁番8月下旬开花的棉铃纤维发育不正常,品质差。南疆有的年份有的地方8月中旬开花的棉铃纤维发育仍好,也有8月初开花的棉铃纤维就不能正常发育。

揭示棉纤维发育和拟南芥细胞分化奥秘 中国科学院院士 植物生理学家朱玉贤

朱玉贤院士，1955年12月出生于浙江省富阳市，植物生理学家，1982年毕业于浙江农业大学，1989年于美国康奈尔大学获博士学位，后在华盛顿大学生物系从事博士后研究工作。1991年6月回国后一直在北京大学生命科学学院从事植物功能基因组学、

赤霉素信号转导与棉纤维的分子发育

赤霉素(Gas)作为一种高效能的植物生长调节物质对棉纤维的分化和发育有着非常重要的影响,但是,一直以来有关赤霉素与棉纤维分化和发育的分子机制的研究还很少。文章论述了近年来GA信号组分、转导途径的分子生物学研究进展以及GA与棉纤维分子发育的相关研究成果,旨在为揭示赤霉素调控棉纤维分化和发育的分子机制以及改善棉纤维品质的棉花育种工作提供新的思路。

棉花纤维发育早期RNA-Seq转录组分析

为了揭示棉花纤维发育早期基因表达变化情况,本研究以纤维长度存在显著差异的两个陆海回交近交系NMGA-062(32.58 mm)和NMGA-105(27.06 mm)为材料,利用Illumina HiSeqTM 2000对0、3 DPA(Dayspost anthesis)的胚珠及10 DPA的纤维进行RNA-Seq测序。六个文库进行拼接,共得到长度大于200 bp的Unigene 98464个,总长度约为88.2 Mb。对10 DPA的纤维转录组数据进行差异表达分析,共筛选到1931个差异表达基因,1536个Unigene上调,395个Unigene下调。GO(Gene ontology)功能显著性富集和Pathway显著性富集分析发现,差异表达基因富集在脂质转移活性(Lipid transport activity)分子功能组和脂质代谢通路(Lipid metabolism pathway),由此推测脂类相关基因可能在纤维伸长发育过程中起重要作用。通过对棉纤维发育10 DPA基因转录水平差异比较分析,为深入开展纤维伸长相关功能基因的克隆和功能验证提供了丰富的资源,并为揭示棉花纤维伸长的机制打下了坚实的基础。

低温对棉纤维比强度形成的生理机制影响

通过设置播期试验使棉纤维加厚发育过程（铃龄25，50d）处于不同的温度条件下，研究低温对棉花纤维比强度形成的内在生理机制影响，为采取调控措施解决目前棉花（Gossypium）生产中存在的晚熟劣质问题提供理论依据。两年试验结果表明：棉纤维加厚发育期24．0℃左右的日均温是高强纤维形成的最佳温度，其内在生理机制表现为棉纤维蔗糖合成酶活性最高，β-1，3-葡聚糖酶活性最低，纤维素的累积量和累积速率均明显高于其它低温条件，纤维超分子结构取向参数角较小，处于优化状态，最终表现为纤维比强度亦最大；低于21．0℃时即对棉纤维加厚发育相关酶活性产生明显影响，纤维比强度降低。当温度降到15．0℃左右时，棉纤维蔗糖合成酶活性显著降低，而β-1，3-葡聚糖酶活性显著升高，同时纤维素累积量和累积速率均显著降低，纤维超分子结构取向参数角明显宽化，棉纤维不能正常发育，不利于高强纤维的形成（铃重仅为3．22g，纤维比强度仅为15．73cN·tex^-1）。

调控棉花纤维发育microRNA基因的克隆、功能分析及利用

课题目标、内容： 棉花是我国重要的经济作物之一，其纤维是天然纺织材料的主要来源。棉花纤维的发育机理备受人们的关注。本研究以陆地棉（Cossypium hirsutun）及其无短绒光子突变系为试验材料，通过以直接克隆法分离、克隆和鉴定与棉纤维发育相关的miRNA，探索这些miRNA在棉纤维生长发育过程中上调或下调的时空的表达模式。

氮素对不同开花期棉铃纤维比强度形成的生理基础的影响

于2005年在江苏南京(长江流域下游棉区)和徐州(黄河流域黄淮棉区)棉田设置不同氮素水平(零氮:0kgN.hm-2,适氮:240kgN.hm-2,高氮:480kgN.hm-2)试验,研究氮素对不同开花期棉铃(伏前桃、伏桃和秋桃)纤维比强度形成生理基础的影响.结果表明:与适氮处理相比,零氮处理显著降低了棉铃对位叶氮浓度,增加了C/N,影响程度随开花期的推迟而加大,导致伏桃、秋桃对位叶制造和运输光合产物的能力在棉铃发育中后期大幅度下降,棉纤维的相对生长速率以及纤维发育关键酶蔗糖合成酶和β-1,3-葡聚糖酶活性降低,纤维素快速累积持续期缩短,纤维比强度显著降低;高氮处理显著增加了棉铃对位叶氮浓度,降低了C/N,影响程度随开花期的推迟而降低,其降低了伏前桃、伏桃发育过程中光合产物向纤维分配的比例、棉铃发育前中期的纤维发育关键酶活性及纤维素累积速率,导致其纤维比强度亦显著降低.综合分析认为,适宜的施氮量可以协调棉花的"源库"关系,有利于促进不同开花期棉铃高纤维比强度的形成.与适氮处理相比,零氮处理的伏前桃、伏桃和秋桃纤维比强度分别降低了1.8、5.8和13.0,高氮处理则分别降低了8.2、7.4和-2.4.

新疆陆地棉棉铃发育特点研究

通过 3年多点的系统观察研究 ,总结了新疆主要棉区棉铃及棉纤维发育的主要特点及其与气象条件、栽培技术的关系。提出了新疆棉区促进棉铃发育 ,实现优质、高产的相关技术。

棉花离体培养纤维的研究进展

从试管棉纤维的诱导条件、影响试管棉纤维分化和伸长的因子以及其发育机制等方面进行了综述。试管棉纤维主要是通过胚珠及愈伤组织诱导形成,其影响因子主要是植物生长调节物质及外界环境。同时总结了目前棉花离体培养纤维中存在问题,并展望了棉花离体培养的前景和应用价值。

棉花微丝结合蛋白基因GhPFN1的表达及功能研究

Profilin是微丝骨架的超分子结构和功能的关键调节因子之一。以陆地棉(Gossypium hirsu-tum)棉纤维为材料,分离鉴定了profilin基因家族的一个成员——GhPFN1,同源性比较表明GhPFN1与已报道的其他植物的profilin有着较高的同源性,半定量RT-PCR分析结果显示GhPFN1基因主要在棉纤维细胞内表达,在纤维细胞的快速延伸阶段表达量最高,GhPFN1在裂殖酵母细胞中过量表达导致细胞长度和形态发生显著变化,这些结果暗示GhPFN1基因可能在纤维细胞的极性延伸中具有功能。

海岛棉GH9基因家族成员鉴定及分析

植物GH 9基因在细胞壁的生物合成和重塑中起着重要作用,对海岛棉GH 9基因进行全基因组鉴定与分析,挖掘其在棉纤维发育中的作用。从海岛棉全基因组中鉴定到53个GH 9基因,分析其理化性质、基因结构、染色体分布、进化历程、棉纤维发育过程中表达模式及转录调控。结果表明,53个GbGH 9 s分为A、B、C三组,定位在22条染色体上;多倍化事件是海岛棉GH 9基因家族扩张的主要驱动力,基因复制后经历严格的选择约束;A组多个成员在棉纤维发育整个时期尤其是次生壁加厚期高表达,C组多个成员在棉纤维起始和伸长期优势表达,B组具有相对复杂的表达模式,生长素和乙烯可能在GbGH 9 s的转录调控中发挥重要作用。此外,通过回交将GbGH 9B6导入陆地棉可提高棉纤维强度。海岛棉GH 9基因家族成员的鉴定及分析有助于明确其进化和功能,为后续研究提供重要参考。

IAA对纤维发育阶段棉铃糖代谢的影响

IAA在棉花纤维发育过程中起着重要作用,而棉纤维的发育过程实质上也是糖代谢不断循环的过程,探究IAA对糖代谢的影响,为研究IAA调控纤维发育提供依据。利用转iaaM基因棉花种质IF11,研究棉铃不同部位(胚珠/种仁,纤维,棉铃壳)中糖代谢相关糖分含量(蔗糖,果糖,葡萄糖)和酶活(酸性转化酶,蔗糖合成酶,蔗糖磷酸合成酶)的动态变化。结果表明,IAA不影响各糖分含量及酶活在棉铃中的总体变化趋势,对糖分含量的影响呈"先降后增"的趋势,前期主要是降低棉铃壳中的蔗糖和果糖、种子中的蔗糖含量,后期各部位蔗糖、葡萄糖、果糖含量均有增加;IAA对糖代谢相关酶活性有促进作用。