摘要
植物矮化是重要的农艺性状。矮化品种具有抗倒伏能力强、适宜密植及机械化管理等特点，对于减少劳动强度、提高肥料利用率和提高产量具有重要意义，矮化突变体在矮化育种中具有重要的利用价值，同时也是研究植物茎的生长及激素调控的重要基因资源。棉花具有无限生长习性，植株高大。当前，世界上大多数产棉国，广泛采用化学抑制剂缩节胺控制棉花生长，使株高普遍控制在90-100cm左右。尤其是自我国新疆“密、矮、早”种植技术的成功以来，使用化控棉花株高已经成为新疆棉花增产的重要措施。但大量喷施化学抑制剂缩节胺费工费事，还带来严重的环境污染问题。棉花是重要的经济作物之一，在世界及我国国民经济中占重要地位，因此，充分利用自然矮源，选育矮杆品种仍然是提高产量、提高农业生产效率的重要措施。 本课题1998年在一个陆地棉廊坊1号与野生棉黄褐棉杂交选育12世代的材料LHF10中，发现一个自然矮化突变体，1998-2005年通过自交纯化，暂命名“AS98”。本研究建立在前人初定位研究的基础之上，利用QTL-seq对初定位进行验证，测序结果在D12染色体54Mb-55Mb出现显著高于阂值的△SNP-mdex值，该区间包含一个SSR标记NAU5204，这与前人构建的遗传连锁图上的一个标记吻合，证明了测序结果的可靠性，即D12.54Mb-55Mb可以作为控制AS98矮化基因的候选区间; 随后我们对候选区间进行SV(Structure Variation)检测，发现在给定的候选区间内矮株（突变体）和高株（野生型）存在一个14K大片段的拷贝数变异(Copy Number Variation，CNV)，为了验证该CNV的存在，我们设计扩增该段的Overlap引物，最终利用两个端点引物的组合(14k-5F/14k-2R)通过PCR成功的在矮株中扩出目的片段而高株中未能扩出，为了进一步验证结果的可靠性，我们利用该引物在10个矮株及10个高株中以基因组DNA为模板扩增，结果正如我们的预期，10个矮株中全部扩出，而高株中均未能扩出，证明CNV与矮化性状连锁。 进一步研究发现该CNV内包含一个基因EXTR-DWARF，我们从CottonFGD网站上获得该基因的序列并利用NCBI网站的Prmer Desigin功能设计该基因的全长引物，分别以矮株、半矮株、高株的基因组DNA为模板克隆该基因，测序结果显示该基因在三种表型不一的植株中序列完全相同，随后矮株和高株中qRT-PCR结果显示该基因在突变体及野生型的表达量存在极显著差异; 为了进一步确定该基因就是控制AS98植株矮化的候选基因，经VIGS(Virus Induced Gene Silencing，病毒诱导的基因沉默)试验接种沉默该基因的病毒的矮化植株能够恢复株高至野生型高度，这也证明了该基因有很大的可能是与AS98植株矮化相关基因。 本研究所用材料表现为极端矮化，是研究植物矮化机理的资源材料，本实验通过QTL-seq方法获得矮化相关位点信号区域，并利用二代测序获得的mapping reads鉴定到该区域内一个与矮化性状高度连锁的CNV标记，该标记中所携带的EXTR-DWARF基因经VIGS验证其功能与植株矮化相关。本研究首次结合QTL-seq和reads分析方法鉴定到与陆地棉极端矮化性状连锁的功能基因，为未来QTL精细定位和功能基因图位克隆提供了新的思路。
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