本技术涉及GDSL型酯酶/脂肪酶基因GbGELP在棉花纤维品质改良中的应用,属于生物技术领域。通过生物技术手段,揭示了GbGELP基因对纤维细胞伸长的影响,为棉花纤维品质的遗传改良提供了新的途径。
背景技术
陆地棉(Gossypium hirsutum)和海岛棉(Gossypium barbadense)是两个异源四倍体栽培棉种。陆地棉种植面积超过了全球棉花种植面积的90%,具有纤维产量高、适应性广的特点。海岛棉具有优良的纤维品质和抗病性。目前,制约棉花品种进一步改良的重要瓶颈是陆地棉遗传背景狭窄,以及纤维品质与产量之间存在负相关。通过创制陆地棉背景的海岛棉染色体片段渐渗系(Chromosome segment introgression lines,CSILs),将海岛棉优良纤维品质基因导入陆地棉中,是拓宽陆地棉遗传背景,打破品质与产量间负相关,获得高产、优质棉花新品种的一种有效途径。
染色体片段渐渗系又称为单片段导入系(SSIL),单片段代换系(SSSL),近等基因导入系(NIL),染色体置换系(CSSL)等。主要是通过回交和自交,结合分子标记辅助选择(marker-assisted selection,MAS),构建而成的一套只有一个或少数几个特定供体染色体片段,而其它遗传背景与受体亲本完全相同的家系。这类家系的主要特点是:每个渐渗系个体的基因组只含有一个或少数几个来自供体亲本的染色体片段,其余部分与轮回亲本相同;渐渗系群体属于永久性分离群体,可以进行多年多点表型鉴定;目的片段经过再回交、再重组,可分割成渐渗长度更短的片段。另外,利用染色体片段渐渗系开展目的性状考察和基因效应研究,可最大程度上减弱株系间遗传背景的影响,对于重要性状QTL定位具有重要的意义。
同时,利用染色体片段渐渗系也是进行QTL精细定位的理想材料。一般有两种方法:第一种是利用渐渗系中的重叠群通过置换作图的方法,对QTL进行精细定位;第二种方法是构建QTL的次级分离群体,进行QTL精细定位。Xiao等(2023)利用单片段替换系(CSSL-106)与其轮回亲本CCRI45回交,构建了2852株的次级分离群体,将纤维长度相关的QTLqFL-A12-5精细定位到染色体A12上的18.8Kb区域内,确定编码四三肽重复超家族蛋白的GH_A12G2192(GhTPR)为调节棉纤维发育的候选基因。Feng等(2022)选择具有小棉铃、小棉籽的陆地棉×亚洲棉的遗传稳定渐渗系IL197,构建F2
和F3
次级分离群体,将A12染色体上同时控制铃重(BW)和子指(SI)的QTL q(BW+SI)-A12-1通过置换作图进一步缩小为60.09kb,RT-qPCR分析初步确定TIP41样家族蛋白(TIP41L)为候选基因。
GDSL脂肪分解酶是脂质水解酶(lipolyticzyme)家族的一类,广泛存在于细菌和植物中。在植物中,GDSL脂肪酶被发现是一种多功能酶,参与许多生理过程,包括植物生长、发育和抵御生物和非生物胁迫。研究表明,拟南芥GDSL脂肪酶基因GLIP1和GLIP2分别对于调节系统抗性和病原体防御很重要(Kwon et al.2009;Lee et al.2009)。水稻GER1是一种GDSL基序编码基因,通过光-JA相互作用调节胚芽鞘伸长。WDL1是GDSL脂肪酶家族的成员,在蜡质和表皮细胞层生物合成中具有重要作用(Park et al.2010)。胡椒GDSL脂肪酶在应对非生物胁迫和病原体防御方面发挥着重要作用(Hong etal.2008)。番茄GDSL1蛋白对于果实角质层中角质聚酯的细胞外沉积至关重要(Girard et al.2012)。而GDSL脂肪酶也在棉纤维发育不同时期优势表达发挥作用。GhMYB1调控棉纤维中GhGDSL在19-25DPA特异性表达,进而促进次生细胞壁生物合成,影响纤维品质(Yadav et al.2017)。GhGLIP在5-15DPA发育中的胚珠和伸长的纤维中表达;在拟南芥中过量表达GhGLIP导致种子发育增强,暗示其在棉花胚珠、纤维和种子发育中发挥重要作用(Ma et al.2018)。GhirGDSL26通过增加H2
O2
活性降低SOD活性增强棉花干旱胁迫耐受性(Liu et al.2023)。到目前为止,棉花中大多数GDSL脂肪酶基因的功能尚未清晰,因此,挖掘和机制解析棉花GDSL脂肪酶基因在改善纤维品质中的功能特征及育种利用价值具有重要意义。
实现思路