摘要 為在表型和遺傳上揭示遠(yuǎn)緣雜種F1纖維的雜種優(yōu)勢并解析產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢不明顯的原因，分別對遠(yuǎn)緣雜種F1與陸地棉親本發(fā)育10 d 的纖維組織樣品進(jìn)行混池取樣，利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)解析材料間在遺傳轉(zhuǎn)錄水平上的差異，采用生物信息學(xué)方法鑒定材料間存在明顯差異的代謝路徑和關(guān)鍵基因。結(jié)果顯示，雜種F1長纖維細(xì)胞數(shù)量少，并且種子表面有綠色短絨；陸地棉親本和遠(yuǎn)緣雜種F1纖維轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)共鑒定到1 128 個(gè)上調(diào)基因，678 個(gè)下調(diào)基因；通過基因富集分析發(fā)現(xiàn)，差異基因主要富集在苯丙烷生物合成及其分支類黃酮生物合成路徑；差異基因的偏親表達(dá)分析顯示，雜種F1纖維等位基因偏向海島棉表達(dá)，其中雜種F1的類黃酮代謝路徑的二氫黃酮醇-3′， 5′-羥化酶（F3′5′H）基因只表達(dá)海島棉的等位基因?？傮w來看，海島棉-陸地棉遠(yuǎn)緣雜種F1纖維產(chǎn)量性狀具有負(fù)向雜種優(yōu)勢并且具有明顯的綠色短絨，這可能與苯丙烷生物合成和類黃酮生物合成路徑所產(chǎn)生的次生代謝物有關(guān)。本研究在遺傳轉(zhuǎn)錄水平挖掘陸地棉-海島棉遠(yuǎn)緣雜交F1纖維的雜種優(yōu)勢及其重要的代謝路徑和基因，并建立了表型性狀與遺傳轉(zhuǎn)錄及遺傳轉(zhuǎn)錄與代謝合成的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞 棉花； 雜種優(yōu)勢； 纖維； 轉(zhuǎn)錄組； 類黃酮代謝； 二氫黃酮醇-3′，5′-羥化酶（F3′5′H）

中圖分類號 S562 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1000-2421（2024）06-0191-10

棉花是世界上重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，棉纖維是最主要的紡織原材料，纖維產(chǎn)量和品質(zhì)是棉花育種家最關(guān)注的性狀。目前，陸地棉以纖維高產(chǎn)而占據(jù)棉花總產(chǎn)的95% 以上；海島棉因纖維優(yōu)質(zhì)也具有一定的生產(chǎn)面積，在我國，海島棉主要在新疆的南疆部分地區(qū)集中種植。將這2 個(gè)栽培種的優(yōu)勢有效結(jié)合起來并應(yīng)用于生產(chǎn)是廣大棉花育種家致力于實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。棉花育種家主要采取2 種策略將兩者的優(yōu)異等位基因聚合應(yīng)用。一種方法是通過經(jīng)典的種間雜交和連續(xù)回交的方式產(chǎn)生遺傳漸滲系，從而將海島棉優(yōu)異基因?qū)氲疥懙孛拗校?-4］，由于纖維產(chǎn)量和品質(zhì)性狀均屬于典型的數(shù)量性狀，通過漸滲少數(shù)幾個(gè)遺傳片段改良纖維產(chǎn)量和品質(zhì)的效果不佳；另一種是直接通過經(jīng)典種間雜交的方法產(chǎn)生海島棉-陸地棉雜種F1，然而該種間雜種優(yōu)勢主要體現(xiàn)在棉株的生物量上，在纖維產(chǎn)量上的優(yōu)勢并不明顯［5-6］。

解釋雜種優(yōu)勢主要有3 種經(jīng)典模型：顯性模型、超顯性模型以及上位互作模型［7］。隨著分子生物學(xué)和生物技術(shù)的快速發(fā)展，研究人員從不同角度解析了雜種優(yōu)勢，比如基因組水平、轉(zhuǎn)錄組水平、蛋白組水平、代謝組水平等［8-9］。眾多研究證據(jù)表明種間特異性基因不平衡的表達(dá)在雜種優(yōu)勢中起著重要作用，Shao 等［10］在水稻中鑒定到3 270 個(gè)對雜種優(yōu)勢有貢獻(xiàn)的特異等位基因。最近有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)生物學(xué)通路的表達(dá)互補(bǔ)調(diào)控?cái)M南芥生物量雜種優(yōu)勢［11］。Li等［12］利用轉(zhuǎn)錄組、代謝組和表觀組學(xué)技術(shù)解析了馬鈴薯的雜種優(yōu)勢現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯在淀粉和糖代謝中表現(xiàn)出顯著的顯性互補(bǔ)優(yōu)勢，雜交種將更多的能量投入到初生代謝中從而產(chǎn)生雜種優(yōu)勢，其中馬鈴薯雜交種花朵的顏色也表現(xiàn)出明顯的雜種顯性優(yōu)勢，表明花青素類物質(zhì)在雜種馬鈴薯中積累，因此次生代謝物質(zhì)的產(chǎn)生和積累也可能是雜種優(yōu)勢的一種表現(xiàn)形式。

棉花纖維的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等，因此，糖代謝是棉花纖維中的第一大代謝路徑。棉花纖維中苯丙烷代謝是僅次于糖代謝的第二大代謝路徑［13］，據(jù)報(bào)道，苯丙烷代謝路徑主要負(fù)責(zé)棉花纖維木質(zhì)素、木聚素和類黃酮等次生代謝物的合成，因此苯丙烷代謝路徑與棉花纖維產(chǎn)量及品質(zhì)密切相關(guān)［14-15］。苯丙烷代謝路徑中存在3 個(gè)關(guān)鍵酶：苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia lyase，PAL）、肉桂酸-4-羥化酶（cinnamic acid 4-hydroxylase，C4H）和4-香豆酸-CoA 連接酶（4-coumarate-CoA ligase， 4CL），分別催化生成肉桂酸、對羥基肉桂酸和對香豆酰輔酶A，這些化合物是下游代謝反應(yīng)的底物［16］。類黃酮代謝路徑也屬于苯丙烷代謝路徑的主要分支，負(fù)責(zé)合成黃酮類代謝物，與植物顏色的形成相關(guān)，該路徑與纖維產(chǎn)量和品質(zhì)的形成顯著相關(guān)［17］。一般栽培棉纖維長而顏色潔白，野生棉纖維短且偏棕色，類黃酮代謝路徑被認(rèn)為是棉花在馴化過程中受到選擇的一條主要代謝路徑。在野生棉和彩棉中，類黃酮代謝物質(zhì)含量也相對豐富，從而導(dǎo)致纖維呈現(xiàn)出一定的彩色。類黃酮相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因往往在彩棉中高表達(dá)［18］，彩棉顏色的深淺往往與其產(chǎn)量品質(zhì)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系［19］。Sun 等［20］通過綠棉和白棉的轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，綠棉中苯丙烷代謝路徑發(fā)揮重要作用，其中4CL 基因顯著表達(dá)，表明該基因可能參與了相關(guān)色素的合成。Li 等［21］鑒定到咖啡酸衍生物、木質(zhì)素和木酚素在綠色棉中富集。

目前，陸地棉種內(nèi)雜交在產(chǎn)量上可以表現(xiàn)出一定的雜種優(yōu)勢，中棉所63 和雜交棉H318 都屬于陸地棉種內(nèi)雜交品種，中棉所63 在單株結(jié)鈴數(shù)、鈴質(zhì)量和葉面積載鈴量上都要顯著高于親本［22］，H318 的雜種優(yōu)勢主要體現(xiàn)在棉鈴數(shù)、較快的生長速度和干物質(zhì)積累量方面［23］。而海島棉與陸地棉遠(yuǎn)緣雜種的雜種優(yōu)勢主要表現(xiàn)在生物量上，雜種F1的種子大小、株高和葉片顯著大于親本的葉片［24］。理論上利用種間雜交來提高雜種F1 的纖維產(chǎn)量具有可行性，但是在實(shí)踐中卻存在雜種優(yōu)勢不明顯并且呈負(fù)向效應(yīng)的現(xiàn)象。為從表型和遺傳轉(zhuǎn)錄水平鑒定出種間雜種F1纖維的雜種優(yōu)勢因子并解析產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢不明顯的原因，本研究將遠(yuǎn)緣雜種F1 與陸地棉親本發(fā)育10 d 的纖維組織樣品分別進(jìn)行混樣測序，轉(zhuǎn)錄組測序后進(jìn)行生物信息學(xué)分析，以期鑒定控制海陸雜種F1纖維產(chǎn)量的關(guān)鍵代謝路徑以及關(guān)鍵基因，為棉花遺傳改良奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以陸地棉（Gossypium hirsutum L.）新陸中20 號（以下簡稱LDM）為母本，海島棉3-79（G. bar?badense L.）為父本，2020 年7 月在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田進(jìn)行雜交形成F1。2021 年在江西高安原種場棉花試驗(yàn)田進(jìn)行材料種植和性狀考察，本試驗(yàn)采用育苗移栽，等行種植的方式，分別種植母本、父本和F1，行距1 m，株距0.2 m，親本和F1分別種植20 株，田間管理采用大田常規(guī)管理方式。

1.2 表型調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析

于2021 年10 月13 日收獲親本和F1。收回的棉花進(jìn)行晾曬，曬干后于11 月22 日進(jìn)行室內(nèi)考種，考種項(xiàng)目有單鈴籽棉質(zhì)量、單鈴皮棉質(zhì)量、百粒質(zhì)量、短絨顏色和衣分。使用Excel 軟件對材料各類性狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

中親優(yōu)勢（mid-parent heterosis，Hm）和最優(yōu)親本優(yōu)勢（best parent heterosis，Hb）通過雜種F1的表型與最優(yōu)親本表型（Fb）或是雙親（P1，P2）的表型平均值（Mv）進(jìn)行比較計(jì)算：Mv=（P1+P2）/2；Hm=（F1-Mv）/Mv；Hb=（F1-Fb）/Fb。

1.3 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析

2021 年8 月10 日分別對陸地棉LDM 和F1材料發(fā)育10 d 的纖維材料進(jìn)行取樣，每個(gè)材料2 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)為包含3 個(gè)單株的混池樣品。取樣后迅速置于干冰中送往上海美吉生物醫(yī)藥科技公司，樣品經(jīng)過研磨，提取RNA，建立RNA 測序文庫后，利用HiSeq2000 平臺進(jìn)行測序，將獲得的原始數(shù)據(jù)使用fastp 軟件進(jìn)行質(zhì)控獲得過濾后數(shù)據(jù)，通過生物信息學(xué)軟件Bowtie2 將該數(shù)據(jù)比對到陸地棉參考基因（https：//cottonfgd.org/about/download.html）?；谒x參考基因組序列，使用StringTie 或Cufflinks 軟件對測序數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，并與原有的基因組注釋信息進(jìn)行比較，尋找以前未被注釋的轉(zhuǎn)錄區(qū)，發(fā)掘該物種的新轉(zhuǎn)錄本和新基因，從而補(bǔ)充和完善基因組注釋信息。將基因/轉(zhuǎn)錄本與6 大數(shù)據(jù)庫（NR、Swiss-Prot、Pfam、EggNOG、GO 和KEGG）進(jìn)行比對，全面獲得基因/轉(zhuǎn)錄本的注釋信息并對各數(shù)據(jù)庫注釋情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。使用軟件（RSEM，http：//deweylab.github. io/RSEM/； Kallisto， https：//pachterlab.github. io/kallisto/； Salmon， https：//combine-lab.github.io/salmon/）分別對基因和轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)水平進(jìn)行定量分析，以便后續(xù)分析不同樣本間基因/轉(zhuǎn)錄本的差異表達(dá)情況，并結(jié)合序列功能信息揭示基因的調(diào)控機(jī)制。采用軟件Goatools 對基因集中的基因進(jìn)行GO（gene ontology，基因本體）富集分析，從而獲得該基因集中的基因主要具有哪些GO 功能。使用Fisher 精確檢驗(yàn)，當(dāng)經(jīng)過校正的Plt;0.05 時(shí)，認(rèn)為此GO 功能存在顯著富集情況。采用R 腳本對基因集中的基因/轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行KEGG 通路富集分析，計(jì)算原理同GO 功能富集分析，當(dāng)經(jīng)過校正的Plt;0.05 時(shí)，認(rèn)為此KEGG 路徑存在顯著富集情況。

1.4 等位基因偏親表達(dá)和RT-PCR檢測

將轉(zhuǎn)錄組原始數(shù)據(jù)過濾后比對到參考基因組上，利用Bowtie2 軟件比對到陸地棉參考基因組上［25］，然后利用GATK 軟件（https：//software.broadinstitute.org/gatk/download/）獲得SNP 和Indel變異信息，再利用VCFtools 軟件提取等位位點(diǎn)信息，只保留變異位點(diǎn)質(zhì)量大于500 并且在F1材料中的測序深度大于10，在親本中屬于純合的位點(diǎn)進(jìn)行等位基因的表達(dá)檢測。偏親表達(dá)計(jì)算公式：R=（P1-P2）/（P1+P2），其中，P1 表示親本1 的等位位點(diǎn)在F1中的測序深度，P2 表示親本2 的等位位點(diǎn)在F1中的測序深度，若Rgt;0.33 則該基因偏向P1 表達(dá)，若Rlt;?0.33，則該基因偏向P2 表達(dá)，此處閾值設(shè)置為0.33 相當(dāng)于兩親本間的表達(dá)差異大于2 倍。

對鑒定到的目標(biāo)基因，通過CottonFGD（https：//cottonfgd.org）數(shù)據(jù)庫獲得其在陸地棉中的轉(zhuǎn)錄本和CDS（coding sequence）序列，利用DNAMAN軟件分別將2 個(gè)基因各自的轉(zhuǎn)錄本和CDS 序列進(jìn)行比對，確定2 個(gè)基因的UTR（un-translated region）序列，利用Prier Primer 5.0 軟件分別在每個(gè)基因的5′UTR 和3′UTR 設(shè)計(jì)正向引物和反向引物，其中Ubq7 基因?yàn)閰⒄眨ū?）。利用UTR 引物分別在陸地棉和海島棉-陸地棉F1 的纖維材料RNA 反轉(zhuǎn)錄的cDNA 中進(jìn)行RT-PCR 檢測。PCR 擴(kuò)增所需的試劑由上海Yeasen 公司提供（產(chǎn)品貨號：1010ES03）。PCR 擴(kuò)增體系為反應(yīng)總體積為50 μL 的體系：模板cDNA 10 μL，Primer 正向 1.0 μL（ 濃度為0.1μmol/L），Primer 反向 1.0 μL，2×Hieff?RobustPCR Master Mix 13.0 μL。PCR 反應(yīng)條件為：94 ℃預(yù)變性5 min；94 ℃變性10 s，55 ℃退火20 s，72 ℃延伸90 s，35 個(gè)循環(huán)；72 ℃再延伸5 min，4 ℃保溫。PCR產(chǎn)物用1% 的瓊脂糖凝膠電泳檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型觀測與統(tǒng)計(jì)

陸地棉LDM、海島棉3-79 和雜種F1的籽棉表型鑒定結(jié)果顯示，陸地棉LDM 具有短絨，長纖維數(shù)量比F1和海島棉3-79 要多；F1具有明顯的綠色短絨表型；而海島棉3-79 屬于端毛籽材料（圖1）?？挤N結(jié)果顯示，雜種F1 在百粒質(zhì)量上具有顯著的中親優(yōu)勢和3% 的優(yōu)親優(yōu)勢，在單鈴皮棉質(zhì)量上反而呈現(xiàn)負(fù)向中親優(yōu)勢（?7%）和負(fù)向優(yōu)親優(yōu)勢（?35%），在衣分上也表現(xiàn)出負(fù)向中親優(yōu)勢（?14%）和負(fù)向超親優(yōu)勢（?18%）（表2）。因此，雜種F1在纖維產(chǎn)量性狀上呈現(xiàn)負(fù)向雜種優(yōu)勢，而在纖維短絨的有無及顏色上呈現(xiàn)出雜種顯性的特征。

2.2 差異基因鑒定

為了比較陸地棉親本LDM 和雜種F1 遺傳上的差異，分別取2 個(gè)材料發(fā)育10 d 的纖維進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。利用比對到參考基因的表達(dá)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)LDM 和F1的樣本間可以明顯地區(qū)分開，而LDM 和F1的材料內(nèi)部的2 個(gè)重復(fù)在橫坐標(biāo)上（PC1）的位置差異不大，表明通過混池取樣的方法可以保證組內(nèi)樣本間良好的重復(fù)性（圖2A）。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)經(jīng)過比較分析，共在LDM 和F1間鑒定到1 806 個(gè)差異基因（differential expression genes ，DEGs），其中1 128 個(gè)基因在F1 發(fā)育10 d 的纖維中上調(diào)表達(dá)，678個(gè)基因在F1 發(fā)育10 d 的纖維中下調(diào)表達(dá)（圖2B）。通過差異基因的基因本體注釋發(fā)現(xiàn)在分子功能（molecular function）中，有796 個(gè)DEGs 具有催化活性的功能，有777 個(gè)DEGs 具有綁定的功能；在細(xì)胞組分（cellular component）中，692 個(gè)基因在細(xì)胞部位發(fā)揮功能，557 個(gè)基因在細(xì)胞膜部位發(fā)揮功能；在生物過程中，549 個(gè)基因參與細(xì)胞過程，488 個(gè)基因參與代謝過程（圖3）。差異基因通過GO 富集分析鑒定到具有激酶活性的一類基因被顯著富集；富集因子數(shù)據(jù)表明D-阿拉伯糖-1，4-內(nèi)酯氧化酶活性的一類基因富集最顯著，另外還有轉(zhuǎn)錄因子TFIIK 復(fù)合體和氧化還原酶活性的一類基因被顯著富集；在富集數(shù)量上，分子功能相關(guān)的一類基因富集最多（圖4）。

2.3 差異基因的代謝路徑富集分析

對1 806 個(gè)DEGs 進(jìn)行KEGG 分析，鑒定到6 個(gè)DEGs 被富集到單萜類化合物生物合成代謝路徑（map00902），30 個(gè)DEGs 被富集到苯丙烷生物合成代謝路徑（map00940），6 個(gè)DEGs 被富集到其他多糖降解代謝路徑（map00511），10 個(gè)DEGs 被富集到類黃酮代謝路徑（map00941），8 個(gè)DEGs 被富集到倍半萜和三萜類化合物生物合成（圖5）。從代謝路徑富集結(jié)果中可以看到苯丙烷代謝和類黃酮代謝所富集的基因數(shù)量較多，并且類黃酮代謝路徑屬于苯丙烷代謝路徑的分支，雜種F1和陸地棉LDM 顯著的差異可能來自于這2 條代謝路徑的差異表達(dá)。

進(jìn)一步分析苯丙烷和類黃酮代謝分支路徑結(jié)構(gòu)基因，結(jié)果顯示，苯丙烷代謝路徑的2 個(gè)PAL 和3 個(gè)4CL 主干基因分別在F1 中顯著上調(diào)表達(dá)，合成木質(zhì)素分支路徑的3 個(gè)HCT 基因和2 個(gè)CAD 基因也在F1中顯著上調(diào)表達(dá)；類黃酮代謝路徑分析表明，有1個(gè)CHS 基因，1 個(gè)F3'5'H 基因和1 個(gè)ANS 基因分別在F1中顯著上調(diào)表達(dá)，2 個(gè)CHS 基因在親本LDM 中上調(diào)表達(dá)（圖6）。綜合來看，由于CAD 基因是木質(zhì)素合成的關(guān)鍵基因，而F3'5'H 基因是飛燕草素合成的關(guān)鍵基因，因此，雜種F1纖維中的苯丙烷代謝和類黃酮代謝路徑的代謝產(chǎn)物可能分別主要流向木質(zhì)素和花青素中飛燕草素的生物合成。

2.4 等位基因偏親表達(dá)和關(guān)鍵基因鑒定

經(jīng)過篩選過濾，在1 806 個(gè)DEGs 中，共鑒定到1 053 個(gè)DEGs 中存在3 833 個(gè)高質(zhì)量SNP 位點(diǎn)，對獲得的每個(gè)SNP 等位變異的測序深度進(jìn)行等位基因偏親表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)有317 個(gè)DEGs 的等位基因在雜種F1中處于相對平衡的表達(dá)狀態(tài)，736 個(gè)DEGs 呈現(xiàn)出偏親表達(dá)的現(xiàn)象，其中有515 個(gè)基因偏向海島棉3-79 表達(dá)，221 個(gè)基因偏向陸地棉LDM 表達(dá)。本研究鑒定到苯丙烷代謝路徑中的HST、PAL 和CAD1 基因偏向海島棉等位位點(diǎn)表達(dá)，類黃酮代謝路徑的ANS 和F3'5'H 偏向海島棉表達(dá)。本研究重點(diǎn)對陸地棉LDM 和雜種F1中的ANS 和F3'5'H 進(jìn)行RT-PCR檢測，結(jié)果表明ANS 和F3'5'H 在2 個(gè)材料間表達(dá)差異顯著，尤其是F3'5'H 基因只在雜種F1中表達(dá)，對F1中擴(kuò)增得到的產(chǎn)物進(jìn)行測序，經(jīng)序列比對表明該基因來自于海島棉3-79（圖7）。

3 討論

3.1 苯丙烷代謝路徑影響種間雜種F1纖維發(fā)育

雜種優(yōu)勢是植物中普遍存在的現(xiàn)象，目前為止還沒有模型或假說可以完美地解釋雜種優(yōu)勢現(xiàn)象［26］。本研究從表型和遺傳轉(zhuǎn)錄水平充分挖掘種間雜種F1纖維中的雜種優(yōu)勢。研究表明雖然雜種F1在纖維產(chǎn)量上呈現(xiàn)負(fù)向雜種優(yōu)勢，但是雜種F1纖維在苯丙烷和類黃酮代謝路徑上優(yōu)勢表達(dá)（表2 和圖5）。分析代謝通路介導(dǎo)的作物農(nóng)藝性狀表型是分析作物雜種優(yōu)勢的有效方法之一［27］，前人研究表明，綠色纖維的表型和苯丙烷代謝路徑的主干基因4CL 及其代謝呈顯著相關(guān)［20-21］，因此，本研究中雜種F1的負(fù)向雜種優(yōu)勢和綠色短絨表型極有可能和優(yōu)勢表達(dá)的苯丙烷代謝路徑有關(guān)。

苯丙烷代謝路徑是眾多次生代謝物質(zhì)產(chǎn)生的主要代謝路徑，其中木質(zhì)素和類黃酮類物質(zhì)是最主要的2 類代謝物［28］。Fan 等［29］研究表明CAD 基因與木質(zhì)素合成相關(guān)，一般在纖維發(fā)育的次生壁形成過程中表達(dá)，而木質(zhì)素的多少和纖維的長度一般呈負(fù)相關(guān)；C4H 是在纖維次生壁加厚時(shí)期表達(dá)［30］；4CL 基因的超表達(dá)可以促進(jìn)木質(zhì)素沉積［31］。前人研究表明，黃酮類化合物柚皮素的富集會導(dǎo)致棉花纖維的變短［32］，而彩棉顏色深淺往往與纖維產(chǎn)量和品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)［19］。孫君靈等［33］通過QTL 定位方法，發(fā)現(xiàn)棕色纖維基因（Lc1）在關(guān)于纖維強(qiáng)度、長度、細(xì)度等的QTL，能夠降低纖維強(qiáng)度、長度和細(xì)度，這反映了Lc1 基因與纖維品質(zhì)成負(fù)相關(guān)。對于棉花來說，纖維細(xì)胞發(fā)育的速度和數(shù)量至關(guān)重要，有研究表明陸地棉開花后1 d 纖維突起的密度比海島棉多［34］，這可能是導(dǎo)致陸地棉長纖維多而產(chǎn)量有所提升的原因。

本研究發(fā)現(xiàn)類黃酮相關(guān)基因在雜種F1中顯著上調(diào)表達(dá)（圖6），可能造成了F1纖維中類黃酮物質(zhì)的積累而影響纖維的發(fā)育，尤其短絨具有肉眼可見的綠色，表明有大量色素的積累，這些色素可能抑制了部分纖維細(xì)胞發(fā)育為長纖維。

3.2 雜種F1的種間等位基因的偏親表達(dá)

雙親雜交后產(chǎn)生的雜交種與親本比較，性狀或者基因的表達(dá)往往可以呈現(xiàn)出顯性或者超顯性等表達(dá)模式［35-37］，但是對于具體某一等位基因在F1中的表達(dá)不能很直觀地呈現(xiàn)出來。轉(zhuǎn)錄組測序不僅可以快速檢測樣本間全基因組的差異基因，同時(shí)為研究人員檢測雜種F1等位基因的特異表達(dá)提供了便捷的途徑。Shao 等［10］、Fu 等［38］曾利用轉(zhuǎn)錄組測序鑒定到特異等位基因的表達(dá)可能介導(dǎo)了雜種優(yōu)勢形成的機(jī)制。本研究對差異基因進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)1 053 個(gè)差異基因中有736 個(gè)差異基因是偏親表達(dá)的，并且偏親表達(dá)的差異基因中有515 個(gè)基因是偏向海島棉表達(dá)，這也可能是造成雜種F1纖維的表型偏向海島棉的原因之一，從而導(dǎo)致其產(chǎn)量較低。等位基因的偏親表達(dá)現(xiàn)象在類黃酮代謝路徑的結(jié)構(gòu)基因中尤其明顯。本研究在類黃酮代謝路徑中鑒定到F1 雜種中表達(dá)的F3'5'H 等位基因來自于海島棉，該基因是產(chǎn)生飛燕草素的關(guān)鍵基因，也是花卉呈現(xiàn)藍(lán)色的一種主要色素［39］，該基因可以為將來的彩棉基因工程育種提供重要的基因來源。

本研究結(jié)果表明，雜種F1 的纖維產(chǎn)量呈負(fù)向雜勢，具有明顯的綠色短絨；差異基因富集分析表明苯丙烷代謝路徑及其分支類黃酮代謝路徑影響了雜種F1纖維的表現(xiàn)；雜種F1的等位基因偏向海島棉等位基因表達(dá)，這也可能是雜種F1纖維產(chǎn)量低的原因；本研究鑒定到的苯丙烷代謝和類黃酮路徑結(jié)構(gòu)基因是雜種F1 在次生代謝中具有雜種優(yōu)勢的有力證明，尤其F3'5'H 基因可以為將來彩棉遺傳改造提供基因來源。

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（責(zé)任編輯：張志鈺）

基金項(xiàng)目：江西省科技計(jì)劃項(xiàng)目（20212BAB215009）；江西省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（GJJ200440）