棉花HB红花基因的精细定位及候选基因鉴定

Cotton is an important economic crop in our country, due to the narrow genetic basis of cultivated varieties of cotton, it is difficult to improve fiber quality and resistance. Therefore, the distant hybridization of wild species into upland cotton cultivar is an important method for cotton breeding to widen the genetic base of cotton germplasm resources. In this project, we intend to upland cotton HB red petal nearly isogenic lines as the research object, which with wild diploid Gossypium bickii introgression fragments. By using the microarray and proteomics methods, we hope to obtain the dynamic information of differentially expressed genes and proteins of HB red petal nearly isogenic lines. After the construction of the isolated population, the HB gene will be preliminary localized. Using whole genome resequencing technology to develop new SSR and SNP markers for fine mapping, and with reference to the alignment of upland cotton genome sequencing and HB red petal nearly isogenic lines differential gene and protein expression situation, we can determine the candidate gene. To carry out this study not only help to understand the positive effects of Gossypium bickii introgression in the upland cotton genome，but also provides candidate genes for upland cotton genetic improvement, which has important significance in cotton breeding and production.

棉花是我国重要的经济作物，由于棉花栽培种的遗传基础狭窄，难以有效突破品质及抗性提高等问题，因此利用远缘杂交将野生种的优良基因引入陆地棉栽培种拓宽棉花种质资源的遗传基础是棉花育种的重要途径。本项目以自育的带有野生二倍体比克氏棉渐渗片段的陆地棉HB红花近等基因系为研究对象，利用基因芯片和蛋白质组学手段，获取HB红花近等基因系差异表达基因和蛋白质的动态信息。构建分离群体后利用BSA法对HB红花基因进行初步定位，利用全基因组重测序技术开发新的SSR、SNP标记进行精细定位，并参照比对陆地棉基因组测序信息及HB红花近等基因系差异基因和蛋白表达情况，确定候选基因并进行功能分析。开展本项研究不但有助于理解和认识比克氏棉渐渗基因在陆地棉基因组中的积极效应，还可以为陆地棉遗传改良提供候选基因，在棉花育种和生产上具有重要的意义。

花冠颜色是棉花的一个重要形态标记，生产上棉花主要栽培品种的花冠为白色，因此花色标记在棉花生产中具有重要的应用价值。比克氏棉是野生的二倍体棉种，具有红色花冠、花瓣底部具有深色基斑的表型。本研究中陆地棉白花品种118的近等基因系HB118种质材料由陆地棉与比克氏棉远缘杂交而来，表现出红色花冠、花瓣底部具有深色基斑的性状。液质联用检测结果显示，HB118花瓣呈现红色的原因是矢车菊素-3-氧葡萄糖苷的积累。通过图位克隆鉴定了HB红花基因R3bic编码谷胱甘肽-S-转移酶（GST），是拟南芥TT19的同源基因，定位于陆地棉A07染色体上，我们将其命名为GoBRPa。GoBRPa-118和GoBRPa-HB118都能够与矢车菊素-3-氧葡萄糖苷结合，并且都能够回复拟南芥tt19突变体表型，但GoBRP基因在HB118中有较高的表达，而在118中基本不表达。进一步的研究发现，GoBRP基因在HB118和118中表达量的差异是由于启动子活性差异引起的。启动子序列分析显示，二者启动子序列具有较大的差异，导致了bZIP和MYB转录因子结合元件的缺失。通过酵母单杂实验发现bZIP转录因子GhHY5D和MYB转录因子GhPAP1D可以直接结合到GoBRPa-HB118的启动子上，而GhHY5D不能结合GoBRPa-118启动子，且GhPAP1D与GoBRPa-118启动子结合能力十分弱。综合分析，由于HB118和118中启动子序列的差异造成bZIP和MYB转录因子对GoBRPa基因转录调控能力不同，导致了花瓣中GoBRPa基因表达的差异， 进而造成GST蛋白的差异。HB118中存在将花青素转运到液泡中储藏并因液泡中pH值低而显色的GST蛋白，所以花瓣呈现红色，而118中缺少GST蛋白，花瓣呈现白色。同时，这也解释了不同光照强度HB118花瓣颜色呈现差异的分子机制。