栽培四倍体棉花茎秆毛体发育的遗传基础分化

背景

棉秆毛状体和种子纤维均为表皮细胞突起形成的单细胞结构，具有重叠分子机制。与纤维相比，棉秆毛体更容易被观察到，但其发育的分子机制仍然知之甚少。

结果

在这项研究中，陆地棉（“大酒店”),g .取得（GB）结果表明，无毛茎的品种百分比、毛的密度、毛的长度和每毛的数量差异很大。“大酒店”品种通常具有长奇异和聚集的毛状体，而且Gb品种有短簇状毛。利用五F₂无毛品种与不同类型茎毛体杂交的居群表明，茎毛体表型的很大差异可能与Chr. 06和Chr. 24基因/等位基因的不同组合有关。26个F₁不同类型毛状体的品种间杂交后代的表型存在差异，进一步说明四倍体棉花毛状体受不同基因/等位基因控制。与现代品种相比，比例更大“大酒店”野生材料无毛或毛状体短而密;而更小的比例Gb原始涂抹具有无毛的茎。在两者中观察到模糊纤维数与茎毛细管密度之间的紧密相关性“大酒店”和Gb原始品种和现代品种。

结论

基于这些发现，我们假设茎毛在四倍体棉花驯化过程中与种子纤维平行进化。此外，本研究结果表明，茎毛可作为棉花常规育种中纤维品质的形态指标。

植物毛状体是一种具有多种重要功能的表皮细胞。有许多类型的毛，它们的特征是它们的形态，位置和性质。毛状体可以是单细胞或多细胞，腺或非腺，分枝或不分枝。此外，分枝的毛发可以是树枝状的、簇状的或星状的。有毛状体的植物更能抵抗非生物胁迫，如霜冻、高温或干旱。虽然毛状体的功能尚不清楚，但一般认为它们为陆地植物提供物理保护，使其免受昆虫、病原体和食草动物的侵害[1］．

它们易于操作和观察，使植物毛体成为研究细胞分化相关途径的理想材料[2，3.］．毛状体的拟南芥具有特殊的单细胞结构，长度为200-500 μm。在拟南芥，毛状体发育与根表皮发育具有共同的机制，每个机制都涉及密切相关的细胞命运、转录因子和类似的侧向抑制信号通路[4］．毛状体的起始过程包括三个生理阶段:核核复制、快速生长和分支形成。研究了编码蛋白的调控基因和功能，以确定其调控机制拟南芥毛状体形成和形态发生的早期阶段[5，6］．关键起始基因编码MYB、bHLH和WD-40重复含蛋白，形成MYB - bHLH - wd40复合物，作为双调控因子影响毛状体起始[7]，而CAPRICE和TRIPTYCHON负调控毛状体启动[8］．烟草(烟草叶表皮毛状体不同于叶表皮毛状体拟南芥因为它们是多细胞的。烟草毛状体的形成机制与烟草毛状体的形成机制有相似之处，也有不同之处拟南芥单细胞毛状体，两者均受MYB-bHLH-WD40调节机制控制，但功能不同MYB基因(9］．

棉纤维是纺织工业中最重要的原料，棉籽富含油脂和蛋白质，供动物和人类食用[10.］．棉纤维是起源于胚珠表皮的单细胞结构，而毛状体则起源于气生表皮[2，11.]，每一个都有相似的发展过程[12.］．毛状体大致可分为腺状和非腺状两种形态，Turley et al.(2012)对其形态进行了详细描述。

古典遗传学研究表明，棉花毛细血管生长受到许多基因座的影响，该基因座被分类为组t₁到t₅［13.，14.］．Wright等人。（1999）使用F映射五种量化性状基因座（QTLS）叶片和茎毛细胞₂由杂交而来的种群陆地棉（“大酒店”),g .取得（Gb)，包括在Chr. 06上对应的叶柔毛QTLt₁基因座（kloth 1993），三个其他叶子的青春期qtls在chrs上。01,07和25，以及CHR的QTL。23与茎毛细管密度相关。后面的四个QTL被假设为对应于此t₂到t₅位点(15.］．Lacape和Nguyen(2005)也确认了locus的位置t₁在Chr. 06的中心区域，这是叶柔毛的主要决定因素，以及位于其他7个染色体位置的额外基因或正或负影响毛状体密度。此外，还对影响衣分、纤维长度、纤维长度均匀性和纤维强度的qtl进行了鉴定t₁Chr. 06的位点区域，说明该位点也影响棉纤维品质[16.］．在G. Arboreum.，无毛突变被定位到连锁群A3，似乎与t₁Allotetraploids的轨迹[17.］．纤维突变位点，sma-4（哈)，在相同的F₂与无毛茎共分离的群体，这表明棉绒纤维和叶/茎毛之间有密切联系或共同的遗传控制[17.，18.］．

“大酒店”和Gb棉花生产中使用的两个主要品种，起源于相似种之间的自然杂交g . raimondii就二倍体D基因组供体G. Arboreum.一个基因组捐赠者，估计在100 - 150万年前[19.］．这些被培育的四倍体物种在茎毛形态上表现出相当大的差异，这表明它们经历了不同的进化过程，这也从它们整个基因组的重新测序所揭示的染色体结构和基因含量的变化中可以看出[20.］．尽管已有多项研究报道棉花毛状体QTL定位和一些关键基因的克隆[15.，16.，21.，22.[尚不清楚治疗分子水平滴毛体引发的机制尚不清楚。在本文中，我们报告了茎粒细胞的分类，其潜在基因的分子映射，以及在模糊纤维的量与茎毛细管密度之间的关联分析。我们还讨论可能的进化过程，可能影响了在四倍体棉花的形态和驯化过程中培养的毛状体增长的遗传基础。

两种栽培四倍体棉花的茎培养体表型的特异性和特异性变异

在立体显微镜下可见由毛体生长而来的毛体有两种，一种是单毛体，另一种是簇状/枝状复合毛体。1)，它们类似于树叶[23.］．单个粒状通常长而薄，尖端，而簇绒粒细胞通常较短，从相同的胎儿中增长。每个幼粒的胎儿数量从两到十多个10多种不同的棉花植物，甚至来自相同物种，在每个臀部的滴毛瘤数，毛状体的密度和毛状体长度，形成明显不同的培养体表型。将茎毛组合密度从非对六个类（0-5）分成六个类（0-5）（图。S2）.整体而言，棉秆毛体分为4种类型(I-IV)(表1 - 4)1,无花果。2）.I型以单株长毛体为主，簇数较少，不同品种间毛体密度存在差异。低毛状体密度水平(1级和2级)的茎进一步归类为I型^一个毛状体密度高(4级)的为I型^b．在II型中，发生了单数和聚集的粒状。毛状体比I型较短，较高，密度较高，导致整个植物的含有含有的含有成就型。在III型中，多个粒状物形成一个richopore的簇。它们稀疏地造成茎，比II型的茎短。在IV型中，簇绒/复杂的树突状毛细胞非​​常短，致密，看起来好像它们被一层粉末覆盖。

毛状体表型数据11442“大酒店”和4323年Gb从美国农机全国棉质种质收集下载品种/加入，其中最大的棉质种质资源集合之一[24.)(表S6)，并用于测定不同茎毛密度品种的百分比。两种植物的无毛品种所占比例差异显著(图。3.a).总共，55.4%的Gb品种(种质)茎上不生长或毛状体很少，而97%的品种(种质)茎上有毛状体“大酒店”品种在1-5级有毛状体，只有3%的茎无毛。此外，两种栽培的四倍体棉花在毛状体表型各方面均存在明显差异。I型是主要的类型“大酒店”茎，占95%1,无花果。2)，而III型是主要的类型Gb茎，占31.4％。此外，5.6％Gb品种有IV型毛(4级和5级)，而不到1%“大酒店”有II型毛状体(4级和5级)“大酒店”和246年Gb品种(表2,无花果。3.b,表S1和S4）.因此，两种栽培种具有明显的茎毛状体表型，特别是毛状体密度水平和毛状体类型。

野生G. Hirsutum其茎毛形态与现代栽培品种有显著差异

我们观察到野生茎的茎培养体表型“大酒店”中国海南种植的植物种类(表S2)，发现野生品种和现代品种之间存在显著差异。与现代陆地棉相比，野生陆地棉的毛状体特征如下2、表S2和图。S4）：（1）茎上没有或更少毛状体。在七场狂野种族的180名野生牧场中，30（16.8％）是无毛的，而USDA国家棉质种质收集数据中只有约3％的现代品种（图。3.）我们收集的品种都没有毛茸茸（表2、表S1）.在以开花时间为基础的野生品种中，开花时间较晚的野生品种无毛的比例高于开花时间较晚的现代品种。在81份开花较晚的材料中，37份(45.6%)为无毛或1级毛状体，而在99份开花较晚的材料中，只有19份(19.2%)为无毛或1级毛状体2）.在比较不同野生小种时，玛丽-加兰特小种的无毛遗传率高于其他野生小种。(2)大量野生品种的毛体比现代品种短、密。在149份具有茎状毛状体的供试材料中，有66份(44.3%)比I型现代品种短，其中与II型相似的28份，更短且具有柔毛表型的6份(表)S2,无花果。S4)，尤其是在morrillii竞赛。作为一个整体，狂野G.hirsutum与现代品种相比，饲料具有更多的无毛杆菌或更多比较短毛组比。

四倍体棉花二倍体祖先的茎培养体表型

为了比较二倍体祖先和四倍体祖先的茎毛状体表型，从12份遗传材料中选取了77个单株G. Arboreum.(表S7)和5株单独的植物g . raimondii就被观察到。所有的g . raimondii就植物的茎上有非常短和密集的簇生毛状体，类似于Gb类型IV(无花果。4),相比g . raimondii就，G. Arboreum.茎秆毛状体表型变异较大(图。4b)。如“大酒店”，G. Arboreum.遗传类型也有单簇和簇生的毛状体。然而，成群的毛状体G. Arboreum.比“大酒店”甚至比Gb类型IV.因此，星系团难以形象化。根据它们的生长情况，得出了茎毛的表型G. Arboreum.被分为四种类型:单加簇、单簇、单簇和无毛。茎毛状体表型为12G. Arboreum.登记入册。其中6只具有单簇毛状体，4只具有簇状毛状体，1只具有单簇毛状体，1只具有无毛表型。两个二倍体祖先有显著差异。g . raimondii就有类似的茎毛吗Gb,而G. Arboreum.茎三棱像吗“大酒店”．

茎毛的遗传定位

为了揭示调节不同类型的茎粒细胞的遗传基础，制造了涉及具有不同类型茎毛细血粒的品种的五个交叉（表S5）.棉秆毛状体起始被认为主要由Chrs. 06和24基因控制[15.，16.，22.，25.，26.］．因此，我们对这两个基因和77个多态性DNA标记进行了定位，其中23个在Chr. 06上，49个在Chr. 24上，其中54个是根据Chr. 06的参考基因组序列新开发的G. Hirsutumvar。TM-1 [20.，27.)(表S8）.当然，这是一种有效的方法来发现与毛状体表型相关的基因，但也会错过一些其他的位点。

I型毛状体“大酒店”

QF-10/1是一个“大酒店”类型I的变种^一个茎毛状体，2级，类似于遗传标准线TM-1。为了映射赋予这种类型的茎滴毛组的基因，QF-10/1与TU 75-37交叉，一个无毛Gb品种。F₁植物。F₂118个种群的毛状体呈连续变异，大部分(60%)为0级或I级毛状体，部分种群为IV级毛状体，超过了其他种群“大酒店”父(图。5）.使用这种群体，构建基因映射为CHRS。06和24分别组成18和24个DNA标记物（图。6a, b，有些共隔离标记在图中没有显示。所有标记信息均列于表中S5．f的毛状体级别和基因型₂植物列于表中S11）.结合该群体的毛状体表型和基因分型数据，在Chr. 06的NAU5433和JESPR194之间的区域检测到一个LOD值为4.4的QTL，解释了18.4%的表型变异，与该群体开发的SSCP标记AF2紧密相关GhHD1序列(表3.,无花果。6一、表S8）.Chr. 24上在D08-163和L4-239之间检测到另一个QTL, LOD值为8.6，解释了30.6%的表型变异3.,无花果。6b）。

II型毛状体“大酒店”

之前，我们将T586的II型茎毛体定位到Chr. 06，并证实其柔毛表型可能是受HD1.基因，使用F₂从T586之间的杂交中得到的一个典型种群“大酒店”具有5级茎毛状体的遗传标准系和具有无毛茎的皮马S6 [22.］．为了进一步阐明I和II茎毛状物之间的遗传关系，我们越过了“大酒店”品种辽1779，具有与T586相似的柔毛形态和5级茎毛^一个茎毛状体(等级1和2)₁植物的茎干与Liao1779相似，覆盖着厚重的毛状体。总共66华氏度₂毛状体密度差异明显，其中以4级和5级的廖1779为高密度(52)，1级和2级的Xinyan96-48为茎状体(11)。只有3株植物的毛状体密度处于中等水平S9）.这些结果表明，II型柔毛茎可能是由显性基因控制的。使用房颤₂结果表明，两亲本均表现出很好的多态性，且茎毛密度分离₂群体与SSCP标记基因型密切相关S9)，说明辽1779的毛茎毛体也受GhAt-HD1，如T586 [22.］．

III型毛状体Gb

这种类型的茎上稀疏聚集胎儿，分级0或1.映射这种类型的滴毛组，n73deltapinengo，a“大酒店”与vir59tv, aGb具有典型的III型茎粒细胞的品种。F₁没有，或者只有一些毛状体在茎上，像“大酒店”父母。在F.₂在种群中，大多数植物(130种植物中的86种)没有或只有少量毛状体，如F₁植物。大约是F的1/3₂植株的茎毛为1级，少数植株在> 2或3级分级(图1)。5）.因此，N73DeltapineNGO的无毛茎可能受显性基因控制。为定位该基因，构建了Chr. 24的28个标记组成的遗传连锁图谱，并在L4-211 ~ NAU3904之间找到了一个LOD值为17.6、表型变异解释率为51.5%的QTL(表2)3.,无花果。6c.毛的等级和基因型₂植物列于表中S12）.

IV型毛状体Gb品种

霸州03和L-7009具有典型的IV型茎毛。将巴州03与N73DeltapineNGO杂交，定位与该表型相关的基因。F₁植株表现出类似于N73DeltapineNGO的毛状体表型。F₂植株的毛状体密度呈连续的分离，但在0级和4级出现两个峰。5）.在华氏383度₂其中244株(63.9%)毛状体少，分级为0和1，与N73DeltapineNGO相似;80只(20.9%)毛数较多，等级为4，与霸州03相似。仅有44株(11.5%)具有2级毛状体，很少有3级毛状体。当毛状体的密度小于等于2级被用来形成一个组和毛状体密度大于2级形成第二组,两组植物的比例是3:1,再次表明无毛的茎的毛状体N73DeltapineNGO可能是由显性基因控制的。利用21个多态性SSR和SSCP标记对该基因进行基因型分析₂构建了覆盖3.74 cM的连锁图谱(图2)。6d.毛的等级和基因型₂植物列于表中向）.在L4-209和T10之间检测到一个LOD值为149.1的显著QTL，解释表型变异的83.7%(表2)3.、表S8）.这些定位结果表明，Chr. 24基因在调控茎毛状体起始中起重要作用。

为了揭示三型和四型茎毛的遗传关系Gb品种Aken 4154 (III型)与霸州03 (IV型)杂交₁植株表现出与Aken 4154相似的毛状体表型，有少量簇生毛状体，有的几乎没有毛状体。如(Bazhou 03 x N73DeltapineNGO)F₂人口，这个f₂种群的茎毛密度分离明显(表S10）.在华氏64度₂其中0级和1级茎毛44株，3级和4级茎毛18株，2级茎毛2株。这一结果再次说明霸州03的柔毛表型是由隐性基因控制的。SSR标记D08-98，表S8)，与茎毛的表型有非常密切的相关性(图。6c)用于基因型的F₂，也显示出与茎毛密度密切相关，只有三个例外(表S10），暗示III型和IV茎毛状体Gb是由相同的基因但不同的等位基因控制的，并且III型对IV型占优势“大酒店”和GbChr.06和chr . 24上的茎毛主要由不同基因或等位基因组合控制。chr24上的那个可能比chr06上的那个更重要，尤其是在Gb．

茎毛状体表型的种间和种内变异是反映在F₁杂交后代“大酒店”和Gb具有不同类型茎毛的品种

为了进一步阐明茎毛状物的分类，之间的比较差异“大酒店”和Gb进行不同类型的茎毛状体的品种（表4）.有趣的是，什么时候“大酒店”和Gb具有相同类型茎毛的品种被杂交，F₁杂种总表现出相似的茎毛状体形态(表4,无花果。S5）.然而,F₁杂交植物“大酒店”和Gb不同品种的茎毛状体总是表现出不同的茎毛状体(表)4,无花果。S5）.例如,当“大酒店”类型I的变种^一个与茎毛体杂交Gb品种H7124，玻璃品种的代表，F₁杂交种的茎上不长毛。然而,当这些“大酒店”与具有代表性的品种Aken 4154或L-7009杂交Gb分别具有III型和IV型茎毛状体的品种，其结果F₁茎毛状体表型均分别接近III型和II型(见表2)4,无花果。S5）.这些结果表明茎状毛状体等位基因Gb占主导地位的是“大酒店”I型^一个毛，除了那些负责F₁I×IV型杂交种，这是两个父母之间的中间。三个“大酒店”类型I的变种^b用上述三个独立交叉茎毛状物Gb大多数的F₁与相同品种的杂交植株表现出不同的茎型表型Gb品种。当“大酒店”将具有II型毛状体的品种与H7124和L-7009杂交₁植物的茎毛状体表型类似于II型“大酒店”,这表明“大酒店”毛状体基因是显性的Gb．这些结果进一步证实了本研究建立的茎表毛分类的正确性，可进一步用于基因克隆和棉花育种。

两种植物的茎毛密度与纤维的起始和发育密切相关G. Hirsutum和g .取得

分析了茸毛密度与茎毛密度的相关性。首先，我们检查了毛纤维“大酒店”与现代品种相比，野生品种茎秆毛状体表型差异显著。与现代品种相比，不含或少含茸毛的品种比例要高得多(约27% vs 1.4%)2、表S2)，提示与毛状体密度相关。此外，野生品种的茎毛比现代品种更短、更密，这也是与纤维长度一致的，因为野生品种最多“大酒店”原料有非常短的绒线纤维。因此，绒毛/棉绒纤维和茎状毛可能至少有部分重叠的基因基础来调节它们的起始和发育。

为了进一步研究茎毛与纤维密度的关系，我们观察了37株的茎毛“大酒店”结果发现，无毛或少毛(0级和1级)突变体的比例远高于普通品种(56.8% vs 3.7%)2、表S3）.与常见的品种相比，只有11％的无模糊突变体具有更密集的毛状体（等级3和4级）（78％）。

如上所述，大多数Gb变种没有或很少有茎毛。裸露种子的存在在大多数Gb品种是另一个不同于“大酒店”品种。在121中Gb品种中有61个品种(50%)籽粒茸毛密度低于2个“大酒店”品种。一项关联分析显示茎毛和茸毛的密度之间有非常密切的相关性(r= 0.501 * *,P< 0.05)(表S4)，表明遗传基础Gb茎毛状体的发育至少部分地与中发现的纤维相同“大酒店”．

茎毛状体发育的遗传控制较叶毛状体简单

毛状体是植物体最外层的一部分，在抵抗生物和非生物胁迫方面起着重要作用。其生长的分子机制作为一种独特的模式，已被广泛研究，包括其形态和植物发生，特别是在拟南芥［28.］．由于与生长和证据具有重叠遗传基础的种子毛状体（纤维，主要经济产品）的相似性，棉花毛状体受到的更多关注。古典遗传学研究表明，棉花青春期（大多数叶毛细胞）主要由五个基因座控制（t₁- t₅）[29.］．相应的等位基因序列被重新命名T₁，T₁^h，T₁^到,T₁^一个［29.］．T₁在Chr. 06上是整株短柔毛的主要位点，包括茎毛[13.，14.］．

利用DNA标记进行遗传定位，将叶片短柔毛基因座划分到5条染色体上。主要位点，被认为是t₁，被映射到Chr. 06的着丝粒区，其他4个(t₂- t₅）分别被映射到染色体01,07,23和25 [15.］．有趣的是，在Chr. 23上只检测到一个茎毛的位点。在另一项研究中[25.),只T₁在Chr. 06的同一区域内又发现了叶片短柔毛的基因座。7个叶片毛状体qtl分别定位于LGA01 (Chr. 13)、Chr. 17和LG。第二十四章25.］．仅定位到2个茎秆茸毛的qtl，分别为Chr. 06、叶片茸毛和Chr. 24。因此，鉴定出3个主要的茎短柔毛位点，比叶短柔毛位点少，且只有叶短柔毛位点T₁在Chr。6对叶子打孔也是必不可少的[16.，22.，25.］．

许多“大酒店”变种/野生种有无毛的茎，但短柔毛的叶(图。7）.的无毛的茎“大酒店”品种和稀疏毛状体（III型）Gb在这里被证实是由Chr. 24上的一个显性基因控制的，与早期的报告一致[30.］．这些结果表明，茎毛状体起始的遗传基础比叶毛状体起始的遗传基础更简单，与叶共享一个主位点和附加因子。不同的叶子部分(叶柄、边缘、叶脉等)可能有不同数量的毛状体，这些毛状体可以被映射为不同的毛状体特征[15.，使研究更加复杂，但茎却没有这样的变异。茎毛密度与茸毛密度密切相关。结果表明，茎毛是研究纤维发育的遗传机制的一个很好的模型。

两种四倍体棉花茎秆毛状体的发育受不同基因/等位基因组合的控制，在驯化过程中经历了不同的进化命运

一个明显的区别“大酒店”和Gb被报道在毛状体性状的分子定位中，特别是茎状毛状体，尽管它们的定位群体是由“大酒店”和Gb品种(15.，25.］．在本研究中，“大酒店”和Gb茎毛的表型分为4种类型。“大酒店”变种通常有I型或II型毛状体，而Gb有III或IV型毛状体。F₁具有相同类型茎毛状体的品种杂交产生的植株总表现出相似的茎毛状体表型，而具有不同类型茎毛状体的品种杂交产生的植株总表现出不同的茎毛状体表型，说明茎毛状体的不同类型受不同基因或等位基因组合的控制。Gb无毛茎和型毛的品种在表型上相似，因为它们分别没有簇生毛和很少簇生毛。无毛茎被证实是由转座因子(TE)插入的结果HD1.的候选基因T₁，而在具有III型茎毛状体的棉花中，该基因没有这样的插入(Ding et al. 2015)。本研究证实该表型是由Chr. 24基因引起的。的GbWright et al.(1999)使用的亲本Pima-S7被证实携带TE插入HD1.,而GbLacape和Nguyen(2005)使用的VH8-4602品种被推断为具有III型毛状体，因为几个毛状体(0.33)出现在茎上。这些发现不仅解释了为什么不同的研究对茎叶毛状体相关基因的定位结果不同，而且也支持了之前的结论[26.两种植物的茎毛状体的形成有相似的遗传和分子机制“大酒店”和Gb．然而，它们在形成过程中经历了显著水平的分化。

通过不同杂交组合的遗传作图，发现I型毛状体由Chr. 06和Chr. 24上的一个基因控制，II型毛状体由Chr. 06上的一个基因控制，III和IV型毛状体由Chr. 24上的一个基因控制。II型Chr. 06上的等位基因对相应的I型等位基因是显性的。在Gb， III型Chr. 24上的等位基因对IV型的等位基因占优势。15.，25.和一项转基因研究[21.，以及我们目前的研究结果表明T₁是决定棉花茎秆毛状体生长的主要位点。Lacape and Nguyen(2005)首次报道Chr. 24基因可能是茎毛的另一个主要位点。目前的研究表明，大部分无毛茎“大酒店”野生材料/品种和III型茎毛GbChr. 24为显性基因控制的品种。因此，Chr. 06和Chr. 24基因对确定这两个四倍体物种的茎毛状体表型至关重要。然而，在映射的过程中“大酒店”I型茎滴毛体，CHR.06和CHR.24上的基因仅解释了约50％的表型变异，表明另外的其他基因，例如在CHR上的其他基因。23 [15.]，存在调控茎毛发育的机制，需要更多的努力来充分了解其遗传机制。

两种栽培四倍体种类的全基因组测序揭示了它们在驯化和DNA水平的各种改善过程中的基因组分化，反映了植物形态和纤维质量的显着变化[20.］．在我们之前的研究中，我们指出，在原始品种和现代品种中，两个物种有和没有茎毛的品种比例差异很大[26.］．的无毛的茎Gb是TE基因插入的结果吗HD1.,而“大酒店”还有其他重要的基因吗HD1.，可能包括24号染色体上引起无毛茎的染色体。在我们正在进行的项目中，我们发现大多数的无毛茎“大酒店”野生遗传是由候选基因启动子的SNP突变引起的(未发表的数据)。此外,“大酒店”野生品种比现代品种具有更丰富的茎毛表型。例如，更狂野“大酒店”与现代栽培品种相比，该品种无毛或茎毛短而密。有趣的是，这些茎毛状体表型与裸露的种子和短的纤维长度密切相关。同样，茎毛的类型也更多样化Gb野生品种比现代品种多[22.］．这一信息，加上我们对Chrs. 06和Chrs. 24上调控茎毛生长的关键基因的了解，提出了一种假说“大酒店”和Gb用纤维茎毛状体。根据这一假设，毛茸茸的茎Gb野生遗传是TE插入所致HD1.而无毛茎“大酒店”野生材料主要是获得Chr. 24基因的功能(未发表数据)，少数也由TE插入引起HD1.［26.］．茎毛状体与茸毛纤维的密切相关表明，现代品种中茎毛状体是在纤维长度选择后进化而来的。因此，毛状体和纤维是平行进化的，现代四倍体棉花茎秆毛状体的表型部分是驯化和品种改良过程中对种子毛的选择的结果。

茎毛和种子纤维是表皮毛，受相似的遗传因素调节

毛状体的A. Thaliana.棉纤维是表皮器官的单细胞结构。因此,拟南芥可以作为一个模型来阐明控制棉纤维发育的遗传机制[31.，32.］．许多基因通过同源克隆被确认与纤维发育有关[2］．长期以来，人们一直对简单遗传性状(如棉花毛状体)的遗传学是否能增加我们对更复杂过程(如棉绒纤维发育)的理解感兴趣[31.，33.］．辛普森(1947)(34.]报告说，T₁)的性状，导致陆地棉营养部分毛状体短而密，与短而粗的纤维共生。从那时起，柔毛被证明与产量成分和纤维质量有关[13.，14.，16.，29.］．后来，长柔毛(T₁）确认特点是由HD1.在Chr。06 [22.］．

虽然目前的研究和其他几项重点关注与染色体6和24的变异相关的茎毛细胞和种子纤维之间的基因型相关性，但可明显的证据表明这种相关性适用于整个基因组的额外基因。在目前的研究中，生长“大酒店”无论是野生品种还是纤维突变体，茎毛状体与茸毛纤维的关系都非常密切。的Gb茎毛密度与茸毛密度密切相关。这些研究结果补充和补充一个独立研究which106行叶和茎毛状体变化通常被证明改变了棉绒纤维特性,支持的假设有相当大的重叠,遗传因素作用的集这些类似的器官的发展(33.］．揭示茎毛密度调控的一般机制和特定基因，将为了解棉纤维密度调控机制奠定基础。此外，本研究也为棉花育种工作者在常规育种中选择后代时，将茎毛作为有用的表型指标提供了思路。

但本研究存在一定的局限性，需要在今后的研究中予以重视。(1)不够的g . raimondii就利用植物进行形态学观察，可能会影响对真实茎毛表型的正确判断g . raimondii就是一种生长在低纬度热带地区的多年生植物，只有五种植物被保存在温室里。经过观察，我们发现它们都是健康的，并且表现出一致的茎毛表型，这表明它们可以作为代表g . raimondii就植物。更多的g . raimondii就工厂应包括在未来，以进行进一步的培训体调查和两个二倍体祖先之间的比较。（2）在F中使用有限的植物数量₂（Liao1779x Xinyan96-48）和（Aken4154 XBazhou03）的种群分别为66和64株植物（表S5)，只能粗略提供I型与II型、III型与IV型棉花茎秆毛状体的基因型/表型相关性。在未来的工作中，可以开发大量的地图群体，以揭示不同类型茎毛之间的密切遗传关系。(3)在定位与茎毛发育相关的QTL/基因时，DNA标记不足以覆盖全基因组。因此，它可能会错过前面讨论的其他重要基因的发现。需要进一步研究发现所有可能的茎毛QTL/基因。一旦新的重要的毛状体发育相关基因被定位和克隆，其分子调控网络将被进一步揭示。

本研究通过系统观察，将四倍体棉花茎秆毛状体表型分为4个类型(I-IV)。陆地棉通常有单一(ⅰ型)或单一+簇状(ⅱ型)茎状毛体，而海岛棉有非常短的簇状毛体，有的稀疏(ⅲ型)，有的密集(ⅳ型)。与叶片相比，茎毛状体起始受更简单的遗传基础控制，主要由chr06和chr24上的基因控制。不同类型的茎毛主要由这些基因/等位基因的组合决定。我们还观察到两种植物的绒毛数量与茎毛密度的相关性“大酒店”和Gb原始品种和现代品种。综上所述，我们认为四倍体棉花驯化过程中茎毛与种子纤维是平行进化的。

植物材料

Gossypium用于茎毛密度研究的基因型包括295个栽培品种、180份野生材料和37个纤维突变体“大酒店”；栽培品种246个Gb(表S1- - - - - -4）.所有棉质材料都是从中国中的国家中期基因库获得的。“大酒店”野生登记入册,“大酒店”纤维突变体，和Gb栽培品种也用于测定绒毛密度。用来产生F₁结果表明，本研究的目的是为了确定茎毛型的分类₂表中列出了用于茎毛相关qtl定位的居群S5．Gb在新疆石河子种植品种，进行毛、茸毛纤维表型观察。“大酒店”纤维突变体,“大酒店”和Gb父母和F₁和F₂在中国浙江省浙江农林大学的一个农场里种植。“大酒店”在全国野生棉苗圃，三亚，中国三亚种植品种和野生种群，用于纤维表型观察。

观察滴毛瘤和模糊纤维表型

茎状毛的观察和密度分级如下所述[26.］．在展开期间，通过现场中的两个不同的研究人员目视和第二个子区的滴毛体表型两次以确定可能的等级（图。S1）.采用KoPa®显微镜(M101)对节间进行切割拍照，实验室进一步观察，采用立体显微镜(OLYMPUS SZX10)拍摄典型表型节间照片。根据毛状体密度将毛状体表型分为从无毛到有毛的6个等级(0-5)。S2）.采收植株中间果枝上的铃，根据绒毛纤维数量将种子分为5种类型(0 ~ 4)(图2)。S3）.利用microsoftexcelat中CORREL计算的相关系数分析表型与基因型的相关性P< 0.05根据t测试。

标记的发展

从不同基因型的幼叶中提取总基因组DNA，包括品种、亲本和每个F₂个人，使用改良的CTAB方法[35.］．根据一项g . raimondii就基因组序列(36.和四倍体棉花TM-1基因组序列[27.]，两种类型的分子标记，简单序列重复序列(SSRs)和单链构象多态性(SSCPs)(表S6），被开发为映射毛细血管相关基因和QTL。使用底漆总理开发引物（http://www.premierbiosoft.com/primerdesign/)，由华大基因(中国上海)合成。以1 μL基因组DNA (100 ng/μL)为模板，0.3 μL引物(10 mmoL/L)为引物，0.15 μL r为引物，共15 μL反应混合物进行SSR和SSCP标记的PCRTaqDNA聚合酶(5 U/μL) (TaKaRa, Japan)， dNTPs (10 mmoL/L) 0.25 μL，缓冲液(10×) 1.5 μL。反应程序由一个周期为5分钟在94°C,紧随其后的是30个周期在94°C 30年代,55°C(根据不同引物的Tm值)40年代,30年代和72°C,紧随其后的是最后一个在72°C扩展了10分钟。PCR产物用1× TBE缓冲液在1.0%聚丙烯酰胺凝胶上分离。凝胶电泳后进行银染色。SSCPs的分析是根据先前报告的程序进行的[18.］．

图谱构建及QTL定位

所有标记在亲本间的多态性初步用于调查F₂群体定位与茎毛相关的基因和qtl。采用JoinMap 4.0进行连锁分析，LOD评分为3.0。Kosambi地图功能[37.用来将重组频率转换成地图距离。利用QTL Ici mapping V3.3软件中的复合区间作图功能分析QTL [38.］．

本研究中产生或分析的所有数据均包含在本文中[见补充信息文件]。

“大酒店”：

陆地棉

Gb：

g .取得

苏维埃社会主义共和国:

简单序列重复

SSCP:

单链构象多态性

TE:

转座因子

HD1.：

Homodomain-亮氨酸拉链基因

感谢中国农业科学院作物科学研究所作物分子育种国家工程实验室李洪杰教授对手稿提出的建设性意见和修改意见。

基金资助:国家作物育种重点研发计划(批准号:20171010901);国家自然科学基金资助项目(no. 2016YFD0101417);31501349)和YJ(批准号:31301372)。资助方没有参与研究的实验设计、数据收集、分析和解释，也没有参与手稿的撰写。

作者指出

1. 袁荣和曹岳芬对这部作品贡献相当。

从属关系

1. 浙江农林大学农业与食品学院，浙江省农产品品质改良重点实验室，浙江临安311300

   荣元，岳芬曹，腾宇李，冯阳，李宇，明泉鼎，玉龙江，华章和池塘荣

2. 中国农业科学院棉花研究所（ICR，CAAS）/国家重点实验室，安阳，455000

   秦源，杜雄明，刘芳

3. 佐治亚大学植物基因组图谱实验室，雅典，30605，美国

   安德鲁H. Paterson.

贡献

RY和YC在田间进行表型数据收集，基因分型F₂使用SSR技术的植物。TL，FY，LY和YQ开发了映射种群，并在该领域中收集了表型数据。fy和qy做了一些基因分型₂利用SSR技术分析了植物茎毛密度与茸毛数量的相关性。MD开发了SSR标记并进行了DNA序列分析，HZ和YJ保持了棉花田间材料的稳定性。XD和FL收集表型数据g .取得品种和野生棉花。AP提出了想法，并帮助手稿准备。JR设计了实验，在野外收集了一些表型数据，并撰写了手稿。所有作者均已阅读并批准本稿件。

相应的作者

对应到江汉荣．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版

不适用。

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

出版商的注意事项

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。

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