采用基因芯片筛选棉花产量性状相关基因

论文摘要

棉花作为一种重要的经济作物,在我国国民经济和社会发展中占有重要地位。由于我国人多地少,粮棉争地的矛盾十分突出,因此,培育高产优质棉花品种一直是棉花育种家长期追求的目标。陆地棉以其产量高、适应性广的特点被广泛种植,海岛棉则以得天独厚的优良纤维品质著称于世,如何将陆地棉的高产与海岛棉的优质特点结合起来,从而培育出高产、优质的棉花新品种一直是育种家追求的目标,同时,也希望能够通过海陆杂交群体来研究得到高产优质的基因。本实验希望通过从海陆杂交群体中选择品质优良的基因型,利用其1ODPA （day past anthesis）的纤维cDNA与Affymetrix公司的棉花基因组芯片进行杂交,得到不同基因型的基因芯片数据。通过对基因芯片数据进行分析和实验验证,得到与棉花产量性状相关的基因。主要研究结果如下：1、本实验室以陆地棉SG747为母本,海岛棉Giza75为父本,培育选择19个材料（含两个亲本）,利用其开花后10天的纤维cDNA与Affymetrix公司的棉花基因组芯片进行杂交。根据2006、2007、2008三年17个回交自交系的产量相关性状（皮棉重量、铃重和衣分等）数据,用SAS软件进行ANOVO显著性分析,从17个系中选择皮棉、铃重、衣分等产量性状分别具有显著差异的几个材料。2、将各性状中高低两组材料所对应的基因芯片数据进行比对,根据ratio>2.0或ratio<0.5的标准,得到关于皮棉性状的差异表达基因1508个,铃重性状的差异表达基因296个,衣分差异表达基因351个。其中仅在皮棉与铃重两个性状中共有的基因有185个,仅在皮棉与衣分两个性状中共有的基因有96个,仅在铃重与衣分两个性状中共有的基因有7个,三个性状共有的基因有51个。3、用Blast2GO软件对三个性状的差异表达基因进行生物信息学分析,得到基因在生物学过程（biological process）,细胞组分（cellular component）,分子功能（molecular function）这三个方面的聚类结果。聚类结果显示,与细胞质膜发育相关的细胞组分、与过氧化物酶活性相关的分子功能、与抗逆相关和营养物质运输相关的生物学过程中所含的基因最多。4、从皮棉、铃重、衣分三个性状差异表达基因中选择差异表达倍数大的基因各50个,共150个,选择的过程中避免了同一基因在不同性状间的重复选择。先进行RT-PCR分析,然后选择基因进行qRT-PCR分析。5、通过RT-PCR分析,筛选到皮棉性状中在高产和低产材料中表达有差异的基因共8个。对这8个基因进行进一步的qRT-PCR分析,最终筛选到GhMKRP2和GhPOD两个基因,根据他们在不同时期不同材料中的表达情况,推测这两个基因对皮棉产量的形成有一定的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 1 前言
• 1.1 棉纤维发育相关基因的研究进展
• 1.1.1 棉纤维分化起始阶段
• 1.1.2 纤维伸长及初生壁合成时期的研究
• 1.1.3 次生壁加厚时期的研究
• 1.1.4 脱水成熟
• 1.1.5 其它已克隆出来的棉纤维优势或特异表达相关基因
• 1.1.6 植物激素对棉纤维发育的影响
• 1.2 重要农作物产量性状的相关研究进展
• 1.3 实时定量PCR
• 1.3.1 荧光定量PCR的原理
• 1.3.2 荧光定量PCR的应用
• 1.4 基因芯片技术及其应用
• 1.4.1 基因芯片的概念
• 1.4.2 基因芯片的分类
• 1.4.3 基因芯片的制备
• 1.4.4 基因表达谱芯片的主要功能
• 1.4.5 基因芯片的制备及数据处理过程中的主要问题
• 1.4.6 Affymatrix基因芯片简介
• 1.4.7 基因芯片的应用
• 1.5 本研究的主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 RNA的提取和质量检测
• 2.3 基因芯片的制备及数据的获得
• 2.4 所用Affymetrix棉花表达谱芯片的规格
• 2.5 差异表达基因的筛选及功能分析
• 2.6 RT-PCR和qRT-PCR
• 3 结果与分析
• 3.1 总RNA提取结果
• 3.2 cDNA第一链合成结果
• 3.3 田间数据分析结果及基因芯片的分组结果
• 3.4 芯片比对结果
• 3.5 差异基因的功能分析
• 3.5.1 皮棉性状差异表达基因的功能分析
• 3.5.2 铃重性状差异表达基因的功能分析
• 3.5.3 衣分性状差异表达基因的功能分析
• 3.6 三个性状中差异表达基因之间的关系
• 3.7 RT-PCR结果
• 3.7.1 皮棉性状的RT-PCR结果
• 3.7.2 铃重性状所选基因的RT-PCR结果
• 3.7.3 衣分性状所选基因的RT-PCR结果
• 3.8 qRT-PCR结果
• 3.8.1 基因芯片数据的可靠性的验证
• 3.8.2 RT-PCR结果中部分基因的qRT-PCR结果
• 3.8.3 GhMKRP2基因的qRT-PCR结果
• 3.8.4 GhPOD基因的qRT-PCR结果
• 3.8.5 GhPOD基因的KEGG分析结果
• 4 讨论
• 4.1 棉纤维发育研究与棉产量的关系
• 4.2 微管对棉纤维产量形成的影响
• 4.3 过氧化物酶基因对棉纤维产量形成的影响
• 4.4 存在的问题及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢