本技术涉及分子育种技术,揭示了内切β-甘露聚糖酶编码基因GhMAN7及其相关SNPs在调控植物种子活力方面的应用。通过GWAS和eQTL共定位分析,挖掘出GhMAN7基因及其SNPs对植物种子活力的影响,为分子育种提供了新的策略。
背景技术
棉花(Gossypium hirsutum L.)是一种具有丰富使用价值的经济作物,不仅为纺织业提供了天然纤维原料,其种子也是重要的油料来源。顾增辉等(1982)提出种子活力是种子发芽率、出苗率、幼苗生长势、植株抗逆性和生产潜力的总和,是衡量种子质量的重要指标。种子吸胀萌发是植物生长发育的第一步,影响着植株后续的生长过程。因此,深入探究萌发过程中种子的外部表型变化和内部分子机理,有助于阐明造成种子活力差异的内在原因及影响因素,对于推动棉花品种的遗传改良有重要意义。
全基因组关联分析(Genome-wide association studies,GWAS)可以在群体水平上,将全基因组的单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)作为分子标记与表型差异进行统计学分析,从而筛选出与性状变异相关的位点。表达数量性状位点(Expression quantitative trait locus,eQTL)是指染色体上能特定调控mRNA和蛋白质表达水平的区域,可以用于分析基因表达差异与遗传变异之间的关系。eQTL一般是SNP,并且根据SNP和基因表达水平的关联度以及SNP与基因的距离被分为顺式eQTL(cis-eQTL)和反式eQTL(trans-eQTL)。GWAS与eQTL进行共定位分析,能够通过比较信号的重叠程度来确定具有共定位信号的位点,从而更准确地鉴定与表型相关的调控基因。
甘露聚糖是一种广泛分布于酵母菌、植物组织中的天然半纤维素多糖物质,存在于植物初生细胞壁中的甘露聚糖是种子胚根在萌发时突出地面的强大机械抗性的来源。在植物中,内切β-甘露聚糖酶(MAN)是通过随机水解甘露聚糖骨架中内部β-1,4D-鼠李糖的连接来修饰甘露聚糖的关键酶。现有技术第一个MAN基因(SlMAN1)是从番茄种子中分离得到的,主要在萌发后的胚乳中表达,可能通过分解胚乳细胞壁中的半乳甘露聚糖来为幼苗生长提供营养物质(Bewley et al.,1997)。目前,在拟南芥中已鉴定出了8个MAN基因,其中AtMAN3和AtMAN4主要在角果中表达,而AtMAN2、AtMAN5、AtMAN6和AtMAN7在根、茎、叶、角果和种子中均有表达(Iglesias-Fernandez et al.,2011)。Raquel等(2011)检测到拟南芥种子中AtMAN6和AtMAN7的转录本仅在珠孔胚乳和胚根中积累,并在胚根出现后很快消失,证明了这两个基因可以促进富含甘露聚糖的胚乳细胞壁水解,对拟南芥种子的萌发十分重要。吴启等(2023)发现AtMAN7编码一个与AtMAN3同源的内切β-甘露聚糖酶,可以通过甘露糖依赖途径调节拟南芥对镉的耐受性。可见,不同MAN基因在功能上有所区别。而对于棉花中GhMAN7的功能未见相关报道。
实现思路