棉花纤维品质与衣分QTL候选基因GhRopGEF5的功能鉴定

Cotton is major fiber crop in the world. It is important for cotton molecular breeding to identifiy the candidate gene of fiber quality QTL. In our previous study, GhRopGEF5 had been identified as the candidate gene for QTL controlling fiber length, fiber strength, fiber micronaire and lint percentage through the F2, F2:3 and F2:4 population from a cross between Yumian 1 and RIL179, which was derived from (Yumian1×7235) reconbinant inbred line population. In this study, the function of GhRopGEF5 will be analyzed through transgenic cotton, including overexpression, RNAi, CRISPR-Cas9 knoking out and fiber-specific expression. In order to reveal the function of GhRopGEF5 in the progress of fiber formation, we analyze the changes of monosaccharide, polysaccharide and cytoskeleton in cell wall and the change of fiber quality. This study will analyze the expression of promoters and the subcellular localization of GhRopGEF5 protein.Yeast two hybrid and RNA-seq will be used to identify the interaction protein and the biological metabolic pathways GhRopGEF5 involved. The result of this study will establish the foundation for the dissection of the fiber quality formation mechanism and cotton molecular breeding.

棉花是首要的纤维作物，鉴定纤维品质QTL候选基因对棉花分子育种具有重要意义。项目组前期利用来源于（渝棉1号×7235）重组近交系群体的重组系RIL179与渝棉1号杂交建立的F2群体以及F2:3和F2:4重组系，在第10染色体鉴定到控制纤维长度、比强度、马克隆以及衣分的QTL候选基因GhRopGEF5。本项目拟通过构建超量、RNAi、CRISPR-Cas9敲除和纤维特异表达载体，并转入棉花受体材料冀棉14与豫早1号。检测转基因材料纤维发育不同时期的细胞壁单糖和多糖成分及细胞骨架的分布，结合纤维品质结果分析GhRopGEF5在纤维品质形成中的功能。构建启动子表达载体分析其表达特性，并对GhRopGEF5蛋白进行亚细胞定位。利用酵母双杂筛选GhRopGEF5互作蛋白。转录组测序分析GhRopGEF5参与的生物学代谢路径。研究结果将为棉花纤维品质形成的分子机制解析与棉花分子育种奠定基础。

棉花是首要的纤维作物，鉴定产量和纤维品质性状QTL候选基因对棉花分子育种具有重要意义。项目组前期利用来源于（渝棉1号×7235）重组近交系群体的重组系RIL179与渝棉1号杂交建立的F2群体以及F2:3和F2:4重组系，在第10染色体鉴定到控制纤维长度、比强度、马克隆以及衣分的QTL候选基因GhRopGEF5。本研究构建了GhROPGEF5基因超量、RNAi干涉、纤维特异及CRISPR敲除载体，转入棉花受体材料。超量表达GhROPGEF5转基因株系衣系增加，纤维品质降低；RNAi干涉转基因株系纤维比强度显著提高，衣分无显著变化；在纤维发育前期提高GhROPGEF5表达量（E6启动子驱动），转基因株系衣分提高，纤维比强度降低；GhROPGEF5敲除株系衣分降低，纤维长度和纤维比强度增加。酵母杂交实验分析发现GhROPGEF5与ROP9和ROP10与具有较强的互作关系，通过BiFC实验进一步验证了GhROPGEF5和ROP9/10的互作关系。结果表明，GhROPGEF5可能是通过调节ROP9和ROP10的活性来调控纤维发育，陆地棉第10染色体纤维品质与衣分QTL属于一因多效作用。本研究为解析棉花产量和纤维品质形成的分子机制和棉花分子育种奠定了基础。