[發明專利]確定棉纖維發育過程中上調基因和下調基因的方法

在審

• 申請號: 201410366425.4
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN105296604A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 陳全家;曲延英;倪志勇;李月;劉超;康定明
• 申請（專利權）人: 新疆農業大學
• 主分類號: C12Q1/68
• 分類號: C12Q1/68;C12N15/29;C07K14/415;C12N15/11;C12N15/53;C12N9/02;C12N15/82
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發明涉及植物基因及其編碼蛋白，特別是棉花纖維發育過程中的差異表達基因及其編碼蛋白與其在改良棉纖維產量和品質中的應用。

背景技術

棉花是我國重要的經濟作物，在全球經濟中起著中流砥柱作用。海島棉(G.barbadense)和陸地棉(G.hirsutum)是目前世界上最具有商業價值的栽培棉種。陸地棉由于產量高和較強的環境適應能力而被廣泛種植，占棉花產量的90％。相反，海島棉僅占棉花產量的5～8％，且由于其在長度、強度等方面具有優良纖維品質而價格昂貴。海島棉和陸地棉都是異源四倍體棉花栽培品種，但是它們的纖維品質和發育進程顯著不同。目前對于海島棉優異的纖維品質機理還不清楚。

棉纖維是由受精胚珠的單個表皮細胞經伸長、加厚而成的種子纖維。棉纖維是由胚珠外珠被部分表皮細胞經分化等一系列復雜的發育過程而形成的單細胞物質。棉纖維的品質好壞主要看纖維長度、強度、伸長率、馬克隆值等測定值，纖維品質性狀為多基因數量遺傳，其遺傳機制相當復雜。棉纖維細胞的分化與突起期發生在開花當天[0開花后天數，0dayspost-anthesis(DPA)]，表現為胚珠表面擴展為球狀或者半球狀突起。

轉錄組學(transcriptomics)，是一門在整體水平上研究細胞中基因轉錄的情況及轉錄調控機制的學科，主要從RNA水平研究基因表達的情況。從轉錄組水平上對棉纖維復雜的多基因遺傳機制進行深入研究，對了解整個纖維發育的分子調控機制，并結合分子標記技術定位與纖維產量和纖維品質相關的QTLs，非常有助于分子標記輔助選擇(MAS)育種和纖維品質的改良。從mRNA水平了解特定棉花組織細胞、組織或器官的基因表達模式并解釋其生理屬性，對人們深入了解棉花纖維發育起始、分化、成熟等機制有著極其重要的意義。

以改善棉花纖維品質為目的的基因克隆技術，是通過克隆出與棉花纖維發育過程中影響棉纖維質量優劣的關鍵功能基因，同時闡明其功能，可以進一步解析棉花纖維發育伸長期纖維伸長和次生壁加厚期纖維素合成的分子機理，進而通過轉基因手段或者開發出相應的功能標記，有利于分子標記輔助育種，從而培育出優質纖維品質的新品種(劉進元，趙廣榮.棉花纖維品質改良的分子工程[J].植物學報：英文版，2000，42(10):991-995.)，目前對陸地棉的一些已知的轉錄因子、棉纖維發育伸長階段基因、棉纖維次生壁加厚相關基因和棉纖維成熟階段基因的克隆都有些報道。

發明內容

依據本發明一方面提供的一種確定在棉花纖維發育過程中的上調或者下調基因的方法，包括以下步驟：(1)分別從處于棉纖維發育第一時期和第二時期的樣本中獲得第一轉錄組和第二轉錄組，對第一和第二轉錄組進行測序，獲得第一轉錄組測序數據和第二轉錄組測序數據，第一轉錄組測序數據和第二轉錄組測序數據各自包含多個讀段(reads)；(2)分別基于(1)中的第一轉錄組測序數據和第二轉錄組測序數據進行一級組裝，獲得第一一級組裝數據和第二一級組裝數據，第一一級組裝數據和第二一級組裝數據各自由多個一級基因構成；(3)合并獲自(2)的第一一級組裝數據和第二一級組裝數據，利用第一一級組裝數據和第二一級組裝數據中有重疊的一級基因進行二級組裝，獲得二級組裝數據，二級組裝數據由多個二級基因構成；(4)基于(3)中的二級組裝數據和參考基因的重疊關系進行三級組裝，獲得三級組裝數據，三級組裝數據由多個三級基因構成；(5)計算獲自(4)的三級組裝數據中各個三級基因在棉纖維發育第一時期樣本和棉纖維發育第二時期樣本中的表達量；(6)確定獲自(5)的各三級基因的在棉纖維發育第一時期樣本和棉纖維發育第二時期樣本中的表達量的差異是否顯著，以確定所說的在棉纖維發育過程中的上調基因或者下調基因。

當所述樣本來源于棉花胚珠并且來源于同一棉種,棉纖維發育第一時期和第二時期胚珠樣本為兩個不同的時期,利用本發明這一方面提供的方法獲得差異表達基因,獲得同一棉種兩個不同發育時期的纖維發育相關基因的表達變化，利于該棉種的纖維品質產量等特性的遺傳機理研究,也可利用基于調整相關基因表達來改造該棉種或其它棉種的纖維質地。

當所述樣本來源于棉花胚珠并且來源于不同棉種,棉纖維發育第一時期和第二時期為同一時期,利用本發明這一方面提供的方法獲得差異表達基因,獲得不同棉種同一纖維發育時期的相關基因的表達變化、共性及差異,利于了解不同棉種具有不同棉纖維特性的遺傳機理發現棉纖維品質更優越的決定基因和分子機制,有利于棉纖維品質的改良。