棉属远缘杂种的合成及性状鉴定与转录组分析

发布时间：2020-05-24 02:07

【摘要】：陆地棉(Gossypium hirsutum)和亚洲棉(G.arboreum)是重要的栽培棉品种,野生斯特提棉(G.sturtianum)和瑟伯氏棉(G.thurberi)含有栽培棉所缺乏的许多优质基因。本研究分别以陆地棉、亚洲棉为母本,斯特提棉和瑟伯氏棉为父本进行远缘杂交,获得远缘杂种后利用秋水仙碱进行染色体加倍,最后得到了亚洲棉(AA)和瑟伯氏棉(DD)的远缘杂种(AD),以及陆地棉(AADD)和斯特提棉(CC)的异源六倍体新种质(AADDCC)。本研究对亚瑟杂种(AD)进行了形态性状和SSR分子标记鉴定;对异源六倍体新种质(AADDCC)进行了形态性状、气孔保卫细胞叶绿体数、花粉粒直径、流式细胞检测以及花粉母细胞减数分裂观察等一系列的鉴定,并与其亲本及三倍体杂种进行了比较。最后以异源六倍体及其亲本和三倍体杂种的幼嫩叶片为材料进行了转录组测序分析,比较三倍体杂种和异源六倍体的转录表达差异,探讨在杂交加倍后,异源多倍体物种形成初期基因的表达变化及其基因组进化方向。主要结果如下:1.亚洲棉和瑟伯氏棉杂种形态性状介于双亲之间,但其生长受阻,植株矮小,不现蕾。SSR分子标记鉴定表明:在杂种中,双亲及新形成的遗传重组比例分别为39.47%、42.11%和18.42%。结果证明:所获杂种为亚洲棉和瑟伯氏棉的真杂种,并且杂种获得了亲本没有的遗传变异。2.本研究获得了可育的陆地棉与斯特提棉异源六倍体新种质,通过对23株M1代植株倍性的初步鉴定和流式细胞仪的检测结果显示:M1代在叶形指数、叶面积以及气孔叶绿体数等方面都与三倍体杂种存在极显著性差异;母本、父本、三倍体和六倍体的花粉粒直径分别为100-120um、90-110um、20-100um和100-140um;母本、父本、三倍体以及六倍体的流式细胞检测值分别为140.44、98.81、122.89和239.88。值得注意的是M1代群体中不同植株之间花粉粒直径和流式细胞检测结果差异较大,证明其中既有异源六倍体植株,又有非整倍体植株,且这些植株中,DNA含量达到正常异源六倍体的79.56%,其花粉粒直径恢复正常,具有一定育性。最后,筛选出真正的异源六倍体植株两株,花粉母细胞减数分裂行为已经趋于正常,在四分体时期,正常四分体比例达94.5%,但两植株间的育性差异明显,种子收获量分别为53粒和14粒。另外,在异源六倍体杂种中,种子腺体延缓发育性状可以正常表达。3.通过De novo转录组测序分析获得斯特提棉的49746条Unigene,对其中40017条Unigene进行了注释,并且从测序结果中检测出了 5401条SSR标记。通过对转录组测序结果进行分析,发现异源六倍体杂种基因组的转录水平并不稳定,并且加倍可以使远缘杂种的基因组转录表达水平向两亲本原有水平恢复。另外,陆地棉与斯特提棉远缘杂种在加倍后,与光合作用、植物激素信号转导、脂类代谢、抗逆性和抗病虫等有关的基因表达水平会发生显著变化。
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２．２．１叶片形态鉴定逡逑伴随着基因组和倍性的改变，植物的形态性状会发生明显变化。本研究中（附图３），逡逑母本陆地棉的叶片为掌状，多为五裂，叶色深绿；父本斯特提棉的叶片为卵圆形，较小，逡逑叶色翠绿；杂种Ｆ１的叶片明显介于两亲本之间，叶面积比母本小，比父本大，掌状，，逡逑多为三裂，叶色与父本相近，为翠绿色；六倍体杂种Ｍｌ与Ｆ１相比，叶片明显变大、逡逑变宽、变圆，叶色更深。逡逑为了更准确的分析叶形在不同世代间的变化规律，本试验对亲本ＰＩ、Ｐ２，杂种Ｆ１，逡逑以及诱变株后代Ｍｌ的叶面积和叶形指数进行了比较分析。结果显示（表３－２）邋：邋Ｍｌ代逡逑与Ｆ１代在叶面积和叶形指数上都存在极显著差异，但母本Ｐ１与Ｆ１和Ｍｌ的叶面积差逡逑异均未达到显著水平；在不同世代间（图３－１），随着倍性的提高，植株叶面积呈上升逡逑趋势

２．２．２叶片下表皮气孔性状的鉴定结果逡逑对不同世代的叶片下表皮气孔密度、保卫细胞长以及气孔保卫细胞中的叶绿体数目逡逑进行统计分析（图３－２）。结果显示（表３－３）邋：邋Ｍｌ代与Ｆ１代的气孔性状存在极显著逡逑差异；在不同世代间（图３－３），随着倍性的提高，气孔密度呈下降趋势，保卫细胞长逡逑和气孔保卫细

本文编号：2678295