[发明专利]确定棉纤维发育过程中上调基因和下调基因的方法

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因及其编码蛋白，特别是棉花纤维发育过程中的差异表达基因及其编码蛋白与其在改良棉纤维产量和品质中的应用。

背景技术

棉花是我国重要的经济作物，在全球经济中起着中流砥柱作用。海岛棉(G.barbadense)和陆地棉(G.hirsutum)是目前世界上最具有商业价值的栽培棉种。陆地棉由于产量高和较强的环境适应能力而被广泛种植，占棉花产量的90％。相反，海岛棉仅占棉花产量的5～8％，且由于其在长度、强度等方面具有优良纤维品质而价格昂贵。海岛棉和陆地棉都是异源四倍体棉花栽培品种，但是它们的纤维品质和发育进程显著不同。目前对于海岛棉优异的纤维品质机理还不清楚。

棉纤维是由受精胚珠的单个表皮细胞经伸长、加厚而成的种子纤维。棉纤维是由胚珠外珠被部分表皮细胞经分化等一系列复杂的发育过程而形成的单细胞物质。棉纤维的品质好坏主要看纤维长度、强度、伸长率、马克隆值等测定值，纤维品质性状为多基因数量遗传，其遗传机制相当复杂。棉纤维细胞的分化与突起期发生在开花当天[0开花后天数，0dayspost-anthesis(DPA)]，表现为胚珠表面扩展为球状或者半球状突起。

转录组学(transcriptomics)，是一门在整体水平上研究细胞中基因转录的情况及转录调控机制的学科，主要从RNA水平研究基因表达的情况。从转录组水平上对棉纤维复杂的多基因遗传机制进行深入研究，对了解整个纤维发育的分子调控机制，并结合分子标记技术定位与纤维产量和纤维品质相关的QTLs，非常有助于分子标记辅助选择(MAS)育种和纤维品质的改良。从mRNA水平了解特定棉花组织细胞、组织或器官的基因表达模式并解释其生理属性，对人们深入了解棉花纤维发育起始、分化、成熟等机制有着极其重要的意义。

以改善棉花纤维品质为目的的基因克隆技术，是通过克隆出与棉花纤维发育过程中影响棉纤维质量优劣的关键功能基因，同时阐明其功能，可以进一步解析棉花纤维发育伸长期纤维伸长和次生壁加厚期纤维素合成的分子机理，进而通过转基因手段或者开发出相应的功能标记，有利于分子标记辅助育种，从而培育出优质纤维品质的新品种(刘进元，赵广荣.棉花纤维品质改良的分子工程[J].植物学报：英文版，2000，42(10):991-995.)，目前对陆地棉的一些已知的转录因子、棉纤维发育伸长阶段基因、棉纤维次生壁加厚相关基因和棉纤维成熟阶段基因的克隆都有些报道。

发明内容

依据本发明一方面提供的一种确定在棉花纤维发育过程中的上调或者下调基因的方法，包括以下步骤：(1)分别从处于棉纤维发育第一时期和第二时期的样本中获得第一转录组和第二转录组，对第一和第二转录组进行测序，获得第一转录组测序数据和第二转录组测序数据，第一转录组测序数据和第二转录组测序数据各自包含多个读段(reads)；(2)分别基于(1)中的第一转录组测序数据和第二转录组测序数据进行一级组装，获得第一一级组装数据和第二一级组装数据，第一一级组装数据和第二一级组装数据各自由多个一级基因构成；(3)合并获自(2)的第一一级组装数据和第二一级组装数据，利用第一一级组装数据和第二一级组装数据中有重叠的一级基因进行二级组装，获得二级组装数据，二级组装数据由多个二级基因构成；(4)基于(3)中的二级组装数据和参考基因的重叠关系进行三级组装，获得三级组装数据，三级组装数据由多个三级基因构成；(5)计算获自(4)的三级组装数据中各个三级基因在棉纤维发育第一时期样本和棉纤维发育第二时期样本中的表达量；(6)确定获自(5)的各三级基因的在棉纤维发育第一时期样本和棉纤维发育第二时期样本中的表达量的差异是否显著，以确定所说的在棉纤维发育过程中的上调基因或者下调基因。

当所述样本来源于棉花胚珠并且来源于同一棉种,棉纤维发育第一时期和第二时期胚珠样本为两个不同的时期,利用本发明这一方面提供的方法获得差异表达基因,获得同一棉种两个不同发育时期的纤维发育相关基因的表达变化，利于该棉种的纤维品质产量等特性的遗传机理研究,也可利用基于调整相关基因表达来改造该棉种或其它棉种的纤维质地。

当所述样本来源于棉花胚珠并且来源于不同棉种,棉纤维发育第一时期和第二时期为同一时期,利用本发明这一方面提供的方法获得差异表达基因,获得不同棉种同一纤维发育时期的相关基因的表达变化、共性及差异,利于了解不同棉种具有不同棉纤维特性的遗传机理发现棉纤维品质更优越的决定基因和分子机制,有利于棉纤维品质的改良。