CN106947771A - 一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子 - Google Patents
一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106947771A CN106947771A CN201710171565.XA CN201710171565A CN106947771A CN 106947771 A CN106947771 A CN 106947771A CN 201710171565 A CN201710171565 A CN 201710171565A CN 106947771 A CN106947771 A CN 106947771A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cotton
- yield
- gheil
- regulatory factor
- ethylene signaling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 title claims abstract description 59
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 230000011664 signaling Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 238000013459 approach Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 244000299507 Gossypium hirsutum Species 0.000 claims abstract description 69
- 230000035772 mutation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 235000009429 Gossypium barbadense Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 235000018322 upland cotton Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims abstract description 5
- 208000035199 Tetraploidy Diseases 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 230000000692 anti-sense effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 abstract description 24
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 abstract description 6
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 abstract description 5
- 102000054766 genetic haplotypes Human genes 0.000 description 16
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 14
- 101100279542 Arabidopsis thaliana EIN3 gene Proteins 0.000 description 13
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 10
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 10
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 10
- 238000011161 development Methods 0.000 description 9
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 9
- 108091023040 Transcription factor Proteins 0.000 description 8
- 102000040945 Transcription factor Human genes 0.000 description 8
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 101100279534 Arabidopsis thaliana EIL1 gene Proteins 0.000 description 6
- 101100279532 Oryza sativa subsp. japonica EIL1A gene Proteins 0.000 description 6
- 101100279533 Oryza sativa subsp. japonica EIL1B gene Proteins 0.000 description 6
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 5
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 5
- 241000219194 Arabidopsis Species 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 4
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 3
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 3
- 229930191978 Gibberellin Natural products 0.000 description 2
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 2
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 2
- 240000002024 Gossypium herbaceum Species 0.000 description 2
- 235000004341 Gossypium herbaceum Nutrition 0.000 description 2
- 235000007688 Lycopersicon esculentum Nutrition 0.000 description 2
- 244000061176 Nicotiana tabacum Species 0.000 description 2
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 2
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 description 2
- 240000003768 Solanum lycopersicum Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N gibberellic acid GA3 Natural products OC(=O)C1C2(C3)CC(=C)C3(O)CCC2C2(C=CC3O)C1C3(C)C(=O)O2 IXORZMNAPKEEDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003448 gibberellin Substances 0.000 description 2
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 2
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 2
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 2
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000003827 upregulation Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 150000004669 very long chain fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- QCVGEOXPDFCNHA-UHFFFAOYSA-N 5,5-dimethyl-2,4-dioxo-1,3-oxazolidine-3-carboxamide Chemical compound CC1(C)OC(=O)N(C(N)=O)C1=O QCVGEOXPDFCNHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108700033723 Arabidopsis EIN2 Proteins 0.000 description 1
- 108700001027 Arabidopsis EIN3 Proteins 0.000 description 1
- 101100279537 Arabidopsis thaliana EIL3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100279538 Arabidopsis thaliana EIL4 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100279539 Arabidopsis thaliana EIL5 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100279543 Arabidopsis thaliana EIN4 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100333778 Arabidopsis thaliana ERS1 gene Proteins 0.000 description 1
- 244000056139 Brassica cretica Species 0.000 description 1
- 235000003351 Brassica cretica Nutrition 0.000 description 1
- 235000003343 Brassica rupestris Nutrition 0.000 description 1
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- 208000035240 Disease Resistance Diseases 0.000 description 1
- 101150037194 EIL2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150031726 ERS1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150068804 ETR2 gene Proteins 0.000 description 1
- 102000002322 Egg Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010000912 Egg Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102100039327 Enoyl-[acyl-carrier-protein] reductase, mitochondrial Human genes 0.000 description 1
- 102000018700 F-Box Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010066805 F-Box Proteins Proteins 0.000 description 1
- 240000000047 Gossypium barbadense Species 0.000 description 1
- 101000961707 Homo sapiens Enoyl-[acyl-carrier-protein] reductase, mitochondrial Proteins 0.000 description 1
- 101001015936 Homo sapiens Probable rRNA-processing protein EBP2 Proteins 0.000 description 1
- 101000909641 Homo sapiens Transcription factor COE2 Proteins 0.000 description 1
- 108010061100 Nucleoproteins Proteins 0.000 description 1
- 102000011931 Nucleoproteins Human genes 0.000 description 1
- 108091000080 Phosphotransferase Proteins 0.000 description 1
- 102100032223 Probable rRNA-processing protein EBP2 Human genes 0.000 description 1
- 239000013614 RNA sample Substances 0.000 description 1
- 101100204733 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) gus1 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100024204 Transcription factor COE2 Human genes 0.000 description 1
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012098 association analyses Methods 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- QKSKPIVNLNLAAV-UHFFFAOYSA-N bis(2-chloroethyl) sulfide Chemical compound ClCCSCCCl QKSKPIVNLNLAAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 235000012343 cottonseed oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 230000003828 downregulation Effects 0.000 description 1
- 235000014103 egg white Nutrition 0.000 description 1
- 210000000969 egg white Anatomy 0.000 description 1
- 210000002472 endoplasmic reticulum Anatomy 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 230000005078 fruit development Effects 0.000 description 1
- 230000004345 fruit ripening Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013412 genome amplification Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000012165 high-throughput sequencing Methods 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000028514 leaf abscission Effects 0.000 description 1
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 1
- 210000001161 mammalian embryo Anatomy 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 235000010460 mustard Nutrition 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 102000020233 phosphotransferase Human genes 0.000 description 1
- 239000003375 plant hormone Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 1
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 1
- 230000008117 seed development Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000002864 sequence alignment Methods 0.000 description 1
- 230000019491 signal transduction Effects 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009967 tasteless effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 230000034512 ubiquitination Effects 0.000 description 1
- 238000010798 ubiquitination Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- C07K14/415—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from plants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6876—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
- C12Q1/6888—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
- C12Q1/6895—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for plants, fungi or algae
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
- C12Q2600/13—Plant traits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
- C12Q2600/156—Polymorphic or mutational markers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Botany (AREA)
- Zoology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Mycology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子。乙烯信号转导途径调节因子GhEIL，所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在四倍体陆地棉TM‑1中的cDNA序列为：SEQ ID NO.1，基因组序列为：SEQ ID NO.2，所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在基因组序列的184bp位置上存在一个SNP突变，该SNP突变与棉花产量性状之间的存在显著的相关性，SNP位点的碱基从A变为C，对应的氨基酸从Asn变为His；该位点碱基为C的型产量显著高于该位点碱基为A的基因型。该基因在高效鉴定高产陆地棉品种、改良棉花产量性状和培育棉花高产新品种中具有重要的研究价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物技术应用领域，涉及一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调控因子。
背景技术
作为世界纺织品生产基地，我国是世界最大的棉花消费国。随着我国人民生活水平的飞速提高和纺织品配额的取消，纺织品消费和出口保持着高速增长。进而每年对棉花的需求巨大，然后棉花种植面积不断减少，因此对棉花产量和品质的要求也越来越高。
由于棉花基因组的复杂性，先前对棉花产量性状的研究则是利用不同的群体组合进行QTL(Quantitative trait locus)定位。Jiang等(1998)利用一个海陆杂交的F2群体检测到影响单铃重的2个QTLs。Ulloa等(2000)在陆陆组合F2群体中筛选到了2个影响皮棉产量的QTLs，3个衣分的QTLs，2个籽指的QTLs。Shen等(2007)利用陆陆组合的重组自交系群体检测到了6个影响衣分的QTLs。Zhu等(2010)利用海岛棉染色体片段导入系IL-15-5和IL-15-5-1建立了F2和F2:3群体，检测到1个籽指和2个衣分QTLs。Lacape等(2013)通过海陆间RIL群体，检测到61个与铃重、铃数、衣分等产量相关的QTLs。
全基因组关联分析(Genome-wide association study；GWAS)是以基因组中数以百万计的单核苷酸多态性(single nucleotide ploymorphism，SNP)为分子遗传标记，进行全基因组水平上的相关性分析。利用全基因组关联分析挖掘和克隆农艺性状相关基因，已成为分子育种研究的热点。从2005年开始，该技术就被用于拟南芥开花和抗逆性方面的研究，并获得了拟南芥开花期(FRI)和抗病性相关基因(Rpm和Rps)(Aranzana et al.2005)。在玉米方面，Belo等(2008)对553份优良自交系的8,950的SNP进行了GWAS分析，鉴定出于油酸含量相关的位点。Wang等(2016)利用玉米自交系的自然变异群体进行GWAS分析，找到83个与玉米苗期抗旱性显著相关的遗传变异位点。在水稻方面，Huang等(2011)利用illumina高通量测序技术对517份水稻地方种进行了重测序，利用全基因组关联分析方法对水稻的14个农艺性状进行研究，成功鉴定了80个性状关联的位点。同时，他们还对多达950份水稻群体的开花期和10个产量相关性状进行全基因组关联分析，获得了很多已知功能基因(Huang et al.2012)。在大豆方面，Zhou等(2015)对302份大豆野生、地方品种以及改良品种进行重测序和全基因组关联分析，找到了96个与之前报道的QTL有关联，同时还鉴别出含油量、株高和茸毛生成相关的新的关联位点。以上研究成果充分说明了全基因组关联分析鉴定农艺性状相关变异的有效性和准确性。
乙烯是一种无色、无味的气体植物激素，也是最早确立为植物生长调节物质之一(Kepinski et al.2003)。随着研究的不断深入，人们发现乙烯对植物生长发育的很多过程都有影响，包括种子萌发、根毛和侧根的生长、开花、果实成熟以及叶片脱落、衰老等很多阶段(Guo et al.2004)。同时，乙烯还可以在植物非生物胁迫和病原菌侵害的防御反应中起了重要作用。近年来，研究人员以拟南芥为模式植物来研究乙烯信号转导途径已经取得迅速发展。乙烯转导途径，是从内质网膜上的受体蛋白(ETR1、ETR2、ERS1、ERS和EIN4)与乙烯分子结合开始的，接着抑制负调控组分CTR1(constitutive triple response 1)激酶的活性，然后正调控因子EIN2(ethylene insensitive 2)释放出乙烯信号通路，将信号传递到核心转录调控因子EIN3/EIL1，再传递到乙烯响应转录因子ERF(ethylene responsefactor)，最后再由ERF激活下游的靶基因从而调控植物的生长发育和防御反应(Bisson etal.2011；Li et al.2013)。此外，EIN3/EIL1蛋白的稳定性受到EBF1(EIN3-banding F-boxprotein 1)和EBP2的泛素化降解。EIN2可以促进EBF1和EBF2的降解，进一步稳定EIN3的蛋白活性(An et al.2010)。
乙烯信号转导途径的下游事件主要由核蛋白EIN3/EIL1介导，调控了绝大部分的乙烯反应(Chao et al.1997；Alonso et al.2003)。乙烯的组成型“三重反应”(tripleresponse)作为乙烯反应强弱的形态学标准，主要表现为根和下胚轴伸长受到抑制、下胚轴加粗变成横向生长和顶端子叶弯曲生长。Chao等(1997)利用拟南芥ein2和ein3功能缺失突变体证明了EIN3在乙烯传导途径中位于EIN2的下游，且EIN3是一个乙烯传导的正调控因子。他们还在拟南芥中鉴定了5个EILs蛋白家族，命名为EIL1、EIL2、EIL3、EIL4和EIL5。其中EIL1与EIN3在序列上最为相似，且过量表达突变体表现出组成型乙烯反应(Chao etal.1997)。科研人员相继在烟草、番茄和水稻中也分别鉴定出5、4和6个EIN3/EILs转录因子(Kosugi and Ohashi，2000；Tieman et al.2001；Mao et al.2006)。在不同植物的组织中，几乎都能检测到EIN3/EILs转录因子的表达，但表达水平表现出些许差异。Kosugi等(2000)在烟草检测NtEILs的表达水平，发现其在根、茎、叶和花器官中均有表达，且在根和茎中表达水平最高。Tieman等(2001)检测在番茄果实发育期间，LeEIL1-3在根、茎、叶、花瓣和果实中表现为组成性表达，而LeEIL4随着发育持续上调表达，并且在果实诚实时表达最高。以上结果说明EIN3/EILs在表达模式上具有时空特异性，这也决定了该类基因在植物生长发育和抗逆性中起到不同的作用。另外，不同信号途径之间的相互作用也是植物生产发育和对抗外源刺激的重要调控机制。Achard等(2007)发现乙烯通过调节EIN3/EIL1抑制赤霉素的积累，进而推迟植物的开花。在棉花研究中，研究人员发现乙烯和赤霉素等激素都会调控棉纤维的伸长(Shi et al.2006；Xiao et al.2010)。超长脂肪酸(VLCFA)位于乙烯合成途径上游，乙烯和VLCFA又能诱导果胶合成前体基因的表达而激活果胶合成途径，促进纤维及拟南芥根毛伸长(Qin and Zhu,2011)。
以上结果表明，乙烯信号转导途径中的核心转录因子EIN3/EILs基因在植物生长发育的过程中起了非常重要的作用。我们推测棉花中这类转录因子参与调控棉花胚珠和纤维的生产发育，从而影响棉花产量相关的农艺性状，这方面相关研究未见详细报道。
技术方案
本发明的目的是涉及一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途经调控因子。
本发明的另一目的是提供该乙烯信号转导途经调控因子的应用。
全基因组关联分析结果表明转录因子与棉花产量性状铃数、衣分和籽指密切关联。
本发明的目的可通过如下技术方案实现：
乙烯信号转导途径调节因子GhEIL，所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在四倍体陆地棉TM-1中的cDNA序列为：SEQ ID NO.1，基因组序列为：SEQ ID NO.2，所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在基因组序列的184bp位置上存在一个SNP突变，该SNP突变与棉花产量性状之间的存在显著的相关性，SNP位点的碱基从A变为C，对应的氨基酸从Asn变为His；该位点碱基为C的型产量显著高于该位点碱基为A的基因型。
本发明所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEI在鉴定高产量陆地棉品种中的应用。
本发明所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在改良棉花产量性状中的应用。
本发明所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在通过基因工程手段培育棉花高产新品种中的应用。
一种用于检测本发明所述的SNP位点的引物对，上游引物为：SEQ ID NO.5，下游引物为：SEQ ID NO.6。
本发明所述的引物对在筛选高产棉花品种中的应用。
一种筛选高产棉花品种的方法，检测所述的SNP位点，选择该位点碱基为C的基因型的棉花即为高产棉花品种。
有益效果
本发明的优点表现在：
本发明通过棉花品种群体重测序和全基因组关联分析挖掘了一个与棉花产量性状铃数、衣分和籽指同时关联的基因。该基因是乙烯信号转导途径中核心的调控因子，EIN3-like(EIL)转录因子家族。该基因为乙烯信号转导途经中核心的调控因子GhEIL，属于EIN3/EIL类转录因子。该类基因通过调控乙烯信号转导途径来调节植物生产发育和对外界胁迫的抗性。本发明的乙烯信号转导途径调控因子GhEIL在全基因组关联分析中与棉花产量性状密切相关，推测其可能通过调控棉花种子发育或者纤维发育从而影响棉花产量。
本发明提供的GhEIL的cDNA和基因组序列是通过PCR扩增所得(表1)，试验步骤简单易行。
GhEIL在棉花不同组织和发育时期的表达水平分析由高通量测序所得。该基因在棉花根、茎、叶、胚珠和纤维组织均表达，是组成型表达的基因。
GhEIL中非同义突变的SNP在品种群体中的基因型通过PCR方法进行了检测(表1)，较易操作、灵敏度高和准确性好。
根据GhEIL的不同SNP基因型可以将品种群体分为两大类，结合群体之间的铃数、衣分和籽指性状数据进行统计学分析(表2)，证明该SNP突变与棉花产量性状之间的存在显著的相关性。
附图说明
图1棉花不同产量性状GWAS关联分析结果。
LP、BN和SI分别代表产量性状衣分、铃数和籽指。红色箭头表示性状关联基因GhEIL上的SNP位点。横坐标表示染色体上的位置(Mb)，纵坐标表示SNP位点关联的显著性，用-log10(P value)表示。
图2 GhEIL在棉花不同组织和发育时期的表达水平。
横坐标代表不同组织，包括根(R)、茎(S)、叶(L)、胚珠(ovule)和纤维(fiber)。胚珠材料包括了开花前3和1天、开花当天、开花后1到35天。纤维材料包括开花后5到25天。
图3 GhEIL的序列信息和两种单倍型的鉴定。
在品种群体中检测到GhEIL序列存在1个非同义突变的SNP位点，在基因组序列的184bp位置上。SNP位点的碱基从A变为C，对应的氨基酸从Asn变为His。品种群体根据SNP位点碱基A或者C基因型分为不同单倍型，标记为GhEILLLB和GhEILHLB。LLB表示低衣分和低铃数。HLB代表高衣分和高铃数。
图4 GhEIL的不同单倍型之间产量性状的比较分析。
箱图代表品种群体的产量性状的分布情况。含有GhEILLLB和GhEILHLB两种单倍型的品种分别是210和34个。蓝色代表单倍型GhEILLLB的产量性状分布，橙色代表GhEILHLB的产量性状分布。方框内的横线代表性状分布的中值。**表示在0.05和0.01水平有差异。
具体实施方式
实施例1棉花产量性状关联的乙烯信号转导途经调控因子GhEIL的挖掘：
从2007到2009年，我们分别在河南安阳、江苏南京和新疆库车调查了258份现代品种或者品系的产量性状(铃数、衣分和籽指)。针对这258份棉花品种进行了全基因组重测序，获得2.54Tb测序数据，平均测序深度2.5×。我们将这些序列比对到棉花陆地棉基因组序列，利用samtools软件进行全基因组SNP的鉴定，共挖掘了1,871,401个高质量的SNP(最小基因频率>0.05)用于后续分析。利用EMMAx软件，我们进一步进行全基因组关联分析，再根据P<1×10-6筛选SNP关联信号位点，并最终获得71个棉花产量性状关联位点。在这些关联位点中，我们发现了D08染色体上的一个SNP信号关联位点(D08:3040023)可以同时关联铃数、衣分和籽指三个性状(图1)。这个SNP位点正好处于基因外显子区，并造成了非同义氨基酸突变。该基因为乙烯信号转导途经调控因子GhEIL(Gh_D08G0312)，属于乙烯信号转导途经调控因子。
实施例2乙烯信号转导调控因子GhEIL序列信息的获得：
从陆地棉基因组序列中获取了GhEIL(Gh_D08G0312)的cDNA序列和基因组序列。该基因只有一个外显子，不含有内含子。根据cDNA两端设计基因全长引物，进行PCR扩增,上游引物为F1:SEQ ID NO.3,下游引物为R1:SEQ ID NO.4。PCR反应程序设定如下：94℃预变性5min；94℃变性30sec，60℃退火1min，72℃延伸1min，30个循环；最后72℃延伸7min。然后将PCR扩增产物进行测序，测序结果与cDNA进一步比对确定序列的准确性。
实施例3乙烯信号转导调控因子GhEIL在棉花不同组织和发育时期的表达水平分析：
本实验采取了棉花不同组织和不同发育时期的RNA样本进行转录组测序。样本材料包括了根、茎、叶、胚珠和纤维。胚珠组织包括了开花前3和1天、开花当天、开花后1到35天。纤维组织包括开花后5到25天。利用Illumina HiSeq 2500平台进行转录组测序，每个样本平均测序深度达到6Gb。基因表达水平的计算是利用Tophat软件(verson 2.0.8)将测序得到的reads与陆地棉基因组进行比对，计算出的表达水平以每百万测序碱基中每千个转录子测序碱基中所包含的测序片断数(FPKM)表示。结果见图2。结果表明该基因在棉花根、茎、叶、胚珠和纤维组织均表达，是组成型表达的基因。
实施例4乙烯信号转导调控因子GhEIL在鉴定高产量棉花品种和改良棉花产量性状中的应用：
根据SNP位点在染色体上位置D08:3040023，在其两端250bp左右设计基因组扩增引物，上游引物为F2:SEQ ID NO.5,下游引物为R2:SEQ ID NO.6。利用该引物在258个品种的DNA中进行PCR扩增并测序。PCR反应程序设定如下：94℃预变性5min；94℃变性30sec，58℃退火1min，72℃延伸45sec，30个循环；最后72℃延伸7min。根据测序结果分析该SNP位点上每个品种群体的基因型(图3)。SNP位点的碱基从A变为C，对应的氨基酸从Asn变为His。根据该SNP位点碱基信息，将该位点为A的品种为低衣分和低铃数品种材料，标记为GhEILLLB；将该位点为C的品种为高衣分和高铃数品种材料，标记为GhEILHLB。
经统计，我们鉴定出单倍型GhEILLLB材料210个，单倍型GhEILHLB材料34个(表1)。利用t-test检测方法，我们计算了两组单倍型之间产量性状的相关性(图4)。结果显出，相比GhEILLLB，单倍型GhEILHLB的铃数增产了11.77％，与铃数性状呈极显著正相关(P＝0.0027)；单倍型GhEILHLB的衣分增产了4.92％，与衣分性状呈极显著正相关(P＝0.0034)；单倍型GhEILHLB的籽指减产了4.83％，与籽指性状呈极显著负相关(P＝0.024)。这与棉花产量性状衣分和籽指之间呈负相关相符合。
通过以上结果可以看出，基因GhEIL在改良棉花产量性状和培育棉花高产新品种中具有重要的研究价值和应用前景。一方面可以根据基因GhEIL的两种单倍型设计分子标记，可以快速有效地鉴定棉花产量性状，在高产棉花品种选育研究中有很好的应用价值。另一方面，可以通过基因工程的手段将含有高产单倍型GhEILHLB的基因转入棉花品种中提高棉花产量，也可以将低产单倍型GhEILLLB中的SNP位点进行定点突变改造成高产单倍型从而培育出高产棉花新品种。
表1高产和低产单倍型在群体品种材料中的鉴定
<110> 南京农业大学
<120> 一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子
<160> 6
<210> 1
<211> 363
<212> DNA
<213> 四倍体陆地棉TM-1
<220>
<223> 乙烯信号转导途径调节因子GhEIL cDNA序列
<400> 1
atgggaattt gtggggataa gggtttcttc agtgctccac ttggggaaaa agatgtggca 60
gcctcacaaa ttgaaccaga ggcgacggtg gaggatgatt atagtgatga agaaattgat 120
gtggatgaac ttgagaggag gatatggagg gacaaaatgc gtctcaaacg gcttaaagag 180
cagaataagt gcaaggaggg gattgatatt gctaaacagc gcctgtcaca agaacaggcg 240
aggagaaaga tgtgggggtt ctcacggcag aataagtgca aggaggggat tgatattgct 300
aaacagcgcc gatcacaaga acaggcgagg agaaagaaga tgtgggggtt cacacggctg 360
tga 363
<210> 2
<211> 363
<212> DNA
<213> 四倍体陆地棉TM-1
<220>
<223> 乙烯信号转导途径调节因子GhEIL基因组序列
<400> 2
atgggaattt gtggggataa gggtttcttc agtgctccac ttggggaaaa agatgtggca 60
gcctcacaaa ttgaaccaga ggcgacggtg gaggatgatt atagtgatga agaaattgat 120
gtggatgaac ttgagaggag gatatggagg gacaaaatgc gtctcaaacg gcttaaagag 180
cagaataagt gcaaggaggg gattgatatt gctaaacagc gcctgtcaca agaacaggcg 240
aggagaaaga tgtgggggtt ctcacggcag aataagtgca aggaggggat tgatattgct 300
aaacagcgcc gatcacaaga acaggcgagg agaaagaaga tgtgggggtt cacacggctg 360
tga 363
<210> 3
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 引物F1
<400> 3
atgggaattt gtggggataa gg 22
<210> 4
<211> 21
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 引物R1
<400> 4
tcacagccgt gtgaaccccc a 21
<210> 5
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 引物F2
<400> 5
tgtctgtttg tgtgtggtgt 20
<210> 6
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<223> 引物R2
<400> 6
cctcgcctgt tcttgtgatc 20
Claims (7)
1.乙烯信号转导途径调节因子GhEIL，其特征在于所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在四倍体陆地棉TM-1中的cDNA序列为：SEQ ID NO.1，基因组序列为：SEQ ID NO.2，所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在基因组序列的184bp位置上存在一个SNP突变，该SNP突变与棉花产量性状之间的存在显著的相关性，SNP位点的碱基从A变为C，对应的氨基酸从Asn变为His；该位点碱基为C的型产量显著高于该位点碱基为A的基因型。
2.权利要求1所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在鉴定高产量陆地棉品种中的应用。
3.权利要求1所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在改良棉花产量性状中的应用。
4.权利要求1所述的乙烯信号转导途径调节因子GhEIL在通过基因工程手段培育棉花高产新品种中的应用。
5.一种用于检测权利要求1中所述的SNP位点的引物对，其特征在于上游引物为：SEQID NO.3，下游引物为：SEQ ID NO.4。
6.权利要求5所述的引物对在筛选高产棉花品种中的应用。
7.一种筛选高产棉花品种的方法，其特征在于检测权利要求1中所述的SNP位点，选择该位点碱基为C的基因型的棉花即为高产棉花品种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710171565.XA CN106947771B (zh) | 2017-03-22 | 2017-03-22 | 一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710171565.XA CN106947771B (zh) | 2017-03-22 | 2017-03-22 | 一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106947771A true CN106947771A (zh) | 2017-07-14 |
| CN106947771B CN106947771B (zh) | 2021-02-12 |
Family
ID=59473414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710171565.XA Expired - Fee Related CN106947771B (zh) | 2017-03-22 | 2017-03-22 | 一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106947771B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107338303A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-10 | 河北农业大学 | 与陆地棉子指相关的snp分子标记及其应用 |
| CN109628630A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-16 | 中国农业科学院棉花研究所 | 与棉花衣分性状显著相关的基因、snp标记及其应用 |
| CN113481224A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-08 | 浙江大学 | 一个改良棉花产量性状的糖苷水解酶基因和启动子及其应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103468819A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 西北农林科技大学 | 一种利用双基因聚合效应选育奶山羊产奶性状的方法 |
| CN105368830A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-03-02 | 中国农业科学院棉花研究所 | 基于kasp技术开发的用于棉花杂交种鉴定的核心snp标记 |
-
2017
- 2017-03-22 CN CN201710171565.XA patent/CN106947771B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103468819A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-25 | 西北农林科技大学 | 一种利用双基因聚合效应选育奶山羊产奶性状的方法 |
| CN105368830A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-03-02 | 中国农业科学院棉花研究所 | 基于kasp技术开发的用于棉花杂交种鉴定的核心snp标记 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GENBANK数据库: "GenBank登录号：XM_016847877.1", 《GENBANK数据库》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107338303A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-11-10 | 河北农业大学 | 与陆地棉子指相关的snp分子标记及其应用 |
| CN107338303B (zh) * | 2017-07-21 | 2020-11-20 | 河北农业大学 | 与陆地棉子指相关的snp分子标记及其应用 |
| CN109628630A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-16 | 中国农业科学院棉花研究所 | 与棉花衣分性状显著相关的基因、snp标记及其应用 |
| CN113481224A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-08 | 浙江大学 | 一个改良棉花产量性状的糖苷水解酶基因和启动子及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106947771B (zh) | 2021-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ookawa et al. | New approach for rice improvement using a pleiotropic QTL gene for lodging resistance and yield | |
| Li et al. | Root and shoot traits responses to phosphorus deficiency and QTL analysis at seedling stage using introgression lines of rice | |
| Tu et al. | Loss of Gn1a/OsCKX2 confers heavy‐panicle rice with excellent lodging resistance | |
| Nilsson et al. | APETALA2 like genes from Picea abies show functional similarities to their Arabidopsis homologues | |
| CN107058338B (zh) | 一个棉花产量性状关联的乙烯响应转录因子基因 | |
| Bessho-Uehara et al. | Construction of rice chromosome segment substitution lines harboring Oryza barthii genome and evaluation of yield-related traits | |
| CN108588112B (zh) | 番茄SlMPK20基因在创建番茄核雄性不育系中的应用 | |
| Liu et al. | Natural variation in a CENTRORADIALIS homolog contributed to cluster fruiting and early maturity in cotton | |
| Shim et al. | Fine mapping of a low-temperature Germinability QTL qLTG1 using introgression lines derived from Oryza rufipogon | |
| CN106947771A (zh) | 一个棉花产量性状关联的乙烯信号转导途径调节因子 | |
| CN112625098A (zh) | 一种调控葡萄种子发育的基因VvMADS39及其应用 | |
| Wang et al. | The isolation of the IGT family genes in Malus× domestica and their expressions in four idiotype apple cultivars | |
| Shim et al. | Development and evaluation of Oryza glaberrima Steud. chromosome segment substitution lines (CSSLs) in the background of O. sativa L. cv. Koshihikari | |
| Zhao et al. | Integration of QTL mapping and gene fishing techniques to dissect the multi-main stem trait in rapeseed (Brassica napus L.) | |
| Liu et al. | A high-resolution genotype–phenotype map identifies the TaSPL17 controlling grain number and size in wheat | |
| US20240043863A1 (en) | Resistance to cucumber green mottle mosaic virus in cucumis sativus | |
| CN105543242A (zh) | 水稻std1基因、其编码蛋白及应用 | |
| JP4892648B1 (ja) | 新品種、植物品種の鑑別方法、及びイネ個体を早生化する方法 | |
| CN109111511A (zh) | 超长粒水稻的培育方法 | |
| Tasma et al. | Phylogenetic and maturity analyses of sixty soybean genotypes used for DNA marker development of early maturity quantitative trait loci in soybean | |
| CN115807011A (zh) | 一个同时改良棉花纤维长度、强度、伸长率的ropgef基因及其应用 | |
| CN113234700A (zh) | 一种水稻类钙调磷酸酶b蛋白及其在育种中的应用 | |
| JP2012210203A (ja) | 新品種 | |
| Ujiie et al. | Alleles affecting 30 traits for productivity in two japonica rice varieties, Koshihikari and Nipponbare (Oryza sativa L.) | |
| JP2013128461A (ja) | トビイロウンカ抵抗性のイネ品種 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210212 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |