棉花种间杂种F₁纤维中关键代谢路径和基因鉴定

摘要

为在表型和遗传上揭示远缘杂种F₁纤维的杂种优势并解析产量性状杂种优势不明显的原因，分别对远缘杂种F₁与陆地棉亲本发育10 d的纤维组织样品进行混池取样，利用转录组学解析材料间在遗传转录水平上的差异，采用生物信息学方法鉴定材料间存在明显差异的代谢路径和关键基因。结果显示，杂种F₁长纤维细胞数量少，并且种子表面有绿色短绒；陆地棉亲本和远缘杂种F₁纤维转录组数据共鉴定到1 128个上调基因，678个下调基因；通过基因富集分析发现，差异基因主要富集在苯丙烷生物合成及其分支类黄酮生物合成路径；差异基因的偏亲表达分析显示，杂种F₁纤维等位基因偏向海岛棉表达，其中杂种F₁的类黄酮代谢路径的二氢黄酮醇-3'，5'-羟化酶（F3'5'H）基因只表达海岛棉的等位基因。总体来看，海岛棉-陆地棉远缘杂种F₁纤维产量性状具有负向杂种优势并且具有明显的绿色短绒，这可能与苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成路径所产生的次生代谢物有关。本研究在遗传转录水平挖掘陆地棉-海岛棉远缘杂交F₁纤维的杂种优势及其重要的代谢路径和基因，并建立了表型性状与遗传转录及遗传转录与代谢合成的联系。

关键词

棉花 / 杂种优势 / 纤维 / 转录组 / 类黄酮代谢 / 二氢黄酮醇-3',5'-羟化酶(F3'5'H)