一个与棉花衣分关联的紫色酸性磷酸酶基因及其应用

本发明涉及与棉花衣分关联的基因及应用，尤其涉及与棉花衣分关联的紫色酸性磷酸酶基因及应用，属于生物技术应用领域。

背景技术：

1、棉花是世界上最重要的经济作物之一，棉花产业的发展关乎国计民生。棉纤维的产量成为制约棉花产业发展的重要因素，因此，培育高产优质的棉花品种迫在眉睫。通过挖掘纤维发育相关核心的调控基因，以及解析棉花纤维发育过程的调控网络，可为棉花育种提供理论依据。

2、纤维产量性状大多是由多基因控制的数量性状，全基因组关联分析(genome-wideassociation study, gwas)是解析植物复杂性状的有力手段之一。已有的研究表明，通过gwas可以在棉花上精准挖掘到纤维产量相关的关键基因。huang 等对243份亚洲棉和草棉材料进行重测序，通过gwas分析关联到与抗黄萎病性状显著相关的基因gastf9,研究发现抑制该基因的表达可使抗病品种出现易感病的表型，由此可见gastf9在棉花抗黄萎病过程中发挥调控作用(du x, huang g, he s, et al. resequencing of 243 diploid cottonaccessions based on an updated a genome identifies the genetic basis of keyagronomic traits[j]. nature genetics, 2018, 50(6):796-802.)。华金平和孔杰团队对336份自育和引进品种组成的海岛棉群体进行重测序，基于纤维产量、品质等多个性状进行gwas分析，发现在a05上存在基因gblp1，在高衣分材料纤维发育早期高表达，暗示该基因可能参与纤维产量形成(zhao n, wang w, grover ce, et al. genomic and gwasanalyses demonstrate phylogenomic relationships of gossypium barbadense inchina and selection for fibre length, lint percentage and fusarium wiltresistance[j]. plant biotechnology journal, 2022, 20(4):691-710.)。对276份陆地棉品种的测序数据进行gwas分析，定位到与纤维长度和强度性状相关基因gh_d09g2376和gd_d06g1908，通过rt-qpcr验证发现这两个基因在棉纤维发育过程的多个阶段优势表达，暗示这两个基因对纤维发育过程起到调控作用(liu w, song c, ren z, et al. genome-wide association study reveals the genetic basis of fiber quality traits inupland cotton (gossypium hirsutum l.)[j]. bmc plant biology, 2020, 20(1):395.)。综上所述，使用gwas分析可以高效且精准地筛选目的基因，加快精准育种进程。

3、磷是植物必需的六大营养元素之一，对植物的生长发育至关重要(ming wei,xinwei wang, bo chen, et al. research progress into the function of purpleacid phosphatase gene family in plants[j]. chinese bulletin of botany, 2019,54(1): 93-101 )。磷元素的缺失会导致植株矮小、生长延缓、分支或分蘖减小，种子不饱满，严重影响植物的产量。紫色酸性磷酸酶（purple acid phosphatases, paps）是双核金属脱氢酶家族中的一种酸性核酸酶类，可以通过催化水解磷酸单酯等释放磷元素，从而提高植物对磷的利用率(olczak m, morawiecka b, watorek w. plant purple acidphosphatases - genes, structures and biological function[j]. acta biochimpol. 2003, 50(4):1245-1256)，进一步研究紫色酸性酶基因在植物的生物学功能和分子机制对解析植物生长发育过程以及改良作物产量有重要意义。近年来，越来越多的植物paps基因被鉴定和研究。缺磷条件下对atpaps进行过表达，发现拟南芥植株的主根和侧根的长度密度会增加(wang l, li z, qian w, et al. the arabidopsis purple acidphosphatase atpap10 is predominantly associated with the root surface andplays an important role in plant tolerance to phosphate limitation[j]. plantphysiology, 2011, 157(1): 1283-1299)。在大豆中，超表达paps会导致根瘤提前衰老，影响固氮效果，进而减少大豆的产量(wang j, si z, li f, et al. a purple acidphosphatase plays a role in nodule formation and nitrogen fixation inastragalus sinicus[j]. plant molecular biology, 2015, 88:515-529)。tian 等发现过表达ospap10a和ospap21b会导致水稻提前开花(tian j, wang c, zhang q, et al.overexpression of ospap10a, a root-associated acid phosphatase, increasedextracellular organic phosphorus utilization in rice[j]. journal ofintegrative plant biology, 2012, 54(1): 631-639)。但在棉花中，有关paps的研究还较少，关于paps的活性与作物性状表型的分子机制仍不明确。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一个与棉花衣分性状相关联的基因及其应用。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：与棉花衣分性状显著关联的紫色酸性磷酸酶基因ghpap18，所述的棉花衣分关联的紫色酸性磷酸酶基因ghpap18，在四倍体陆地棉tm-1中具有如seq id no:1所示的cdna序列；其编码的蛋白质具有如seq id no.2所示的氨基酸序列，该基因的基因组dna序列为seq id no.3。

3、含有上述的基因ghpap18序列的基因上与棉花衣分性状显著相关的snp标记，所述snp标记的标记位点与基因ghpap18位于同一个关联分析区间内且位于基因ghpap18的下游，基因ghpap18受标记位点的调控；所述snp标记的标记位点为d13:50288965的碱基类型，其中碱基为t的棉花为高衣分棉花品种、碱基为c的棉花为低衣分棉花品种。该snp位点碱基从c变为t，群体中该snp位点碱基为c的材料，ghpap18表达较高，表现为衣分较低；snp位点碱基为t的材料，ghpap18表达较低，表现为衣分较高。

4、上述的snp标记在棉花新品种育种过程中的应用，将含有基因ghpap18且snp标记的标记位点的碱基为t的基因转入棉花品种中以培育得到高衣分的棉花新品种，或将含有基因ghpap18且snp标记的标记位点的碱基为c的基因上的标记位点c通过基因工程手段定点突变为t以培育得到高衣分的棉花新品种。

5、用于检测上述的snp标记的标记位点的引物对，所述引物对的上游引物序列如seqid no.7所示、下游引物序列如seq id no.8所示。

6、一种试剂盒，包含上述的引物对。

7、一种上述的试剂盒的应用，所述试剂盒用于鉴定棉花的衣分性状，筛选培育高衣分棉花新品种。

8、本发明的一个与棉花衣分关联的紫色酸性磷酸酶基因及应用的有益效果为：

9、1. 本发明通过全基因组关联分析挖掘到一个与棉花衣分关联的紫色酸性磷酸酶基因ghpap18。基因ghpap18在全基因组关联分析（图1）、棉花不同组织和发育时期的表达水平分析（图2）和相对表达水平与衣分性状水平的回归分析（图3）中皆与棉花衣分性状密切相关。

10、2. 根据调控ghpap18的snp（d13:50288965）的不同基因型可以将品种群体分为两大类，统计学分析方法发现，这两类群体之间的衣分性状存在显著性差异（图4），进一步证明该基因与棉花产量性状之间的相关性。

11、3. ghpap18在相对高衣分和低衣分品种群体中的snp基因型可以通过pcr技术进行验证，该方法具有较易操作、灵敏度高和准确性好的优点。