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文檔簡(jiǎn)介
1、棉花纖維是紡織工業(yè)的重要原料,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。纖維的發(fā)育從胚珠表皮細(xì)胞的分化和突起開(kāi)始,并決定纖維的最終品質(zhì)和產(chǎn)量。因此從分子水平闡明棉纖維初始發(fā)育的機(jī)理以及影響纖維品質(zhì)和產(chǎn)量的主要因素,具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。本研究選用3個(gè)無(wú)絨無(wú)絮突變體(XZ142 FLM、MD17、SL1-7-1)、2個(gè)無(wú)絨有絮突變體(N1N1、n2n2)和超短纖維突變體(Li1li1)進(jìn)行棉花纖維初始發(fā)育和伸長(zhǎng)發(fā)育早期轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)分析,并和葉片
2、表皮毛發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行比較,克隆1個(gè)負(fù)向調(diào)控的R3-MYB基因GhCPC和1個(gè)與細(xì)胞骨架相關(guān)的基因GhDIS2,初步闡述該基因的功能。
1、棉花纖維和葉片轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)分析
轉(zhuǎn)錄因子也稱(chēng)為反式作用因子,是指能夠與真核基因的順式作用元件發(fā)生特異性相互作用并對(duì)轉(zhuǎn)錄有激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白。本研究對(duì)棉屬編碼GL1、GL2、GL3、WD40的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行表達(dá)分析。這些轉(zhuǎn)錄因子包括了編碼WD40的GhTTG1
3、、GhTTG2、GhTTG3、GhTTG4,編碼GL2的GhDEL61、GhDEL65,編碼GL3的GhHOX1、GhHOX2、GhHOX3,編碼GL1的GhMYB2、GhMYB25、GhMYB109及其他MYB基因。
掃描電鏡觀察突變體1 DPA胚珠表面,無(wú)絨無(wú)絮突變體表面光滑無(wú)突起細(xì)胞,2個(gè)無(wú)絨有絮突變體的纖維突起數(shù)量明顯少于野生型。從野生型和無(wú)絨無(wú)絮突變體的-3、0、1 DPA胚珠的差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),GhTTG1、G
4、hTTG3、GhDEL61、 GhDEL65、GhMYB25等轉(zhuǎn)錄因子在不同時(shí)期的有纖維材料中優(yōu)勢(shì)表達(dá)。從野生型和無(wú)絨有絮突變體的1、3、5 DPA胚珠和纖維混合物的基因差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),GhTTG3、GhTTG4、GhDEL61、GhMYB8等多個(gè)基因在無(wú)絨有絮突變體中低表達(dá)。
超短纖維突變體(Li1li1)表現(xiàn)為纖維伸長(zhǎng)停止,是研究纖維伸長(zhǎng)發(fā)育早期的優(yōu)異種質(zhì)資源。從野生型和超短纖維突變體的差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),GhTTG1
5、、GhDEL61、GhDEL65、GhMYB25、GhMYB38、G042C02A等轉(zhuǎn)錄因子在4 DPA野生纖維材料中優(yōu)勢(shì)表達(dá)。其中,G042C02A是本實(shí)驗(yàn)室7235 cDNA文庫(kù)中一個(gè)克隆,是新的棉屬轉(zhuǎn)錄因子。
掃描電鏡觀察陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1和密生絨毛品系T586功能葉正面,T586葉正表面密布絨毛,而TM-1葉表面僅有球狀突起。選用這兩個(gè)材料分析轉(zhuǎn)錄因子在成熟葉片中的差異表達(dá),GhMYB25、 GhDEL61在
6、T586中高表達(dá)。
2、棉纖維發(fā)育負(fù)向調(diào)控因子GhCPC的克隆與鑒定
MYB轉(zhuǎn)錄因子是植物轉(zhuǎn)錄因子家族中最大的家族之一,有著廣泛的生理功能,幾乎參與植物發(fā)育和代謝的各個(gè)方面。在模式植物擬南芥(Arabidopsis)中,已克隆多個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子,并鑒定其和表皮毛(Trichome)發(fā)育相關(guān)。CPC是表皮毛發(fā)育的負(fù)向調(diào)控因子,和bHLH競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合,并抑制葉片表皮毛發(fā)育。
本研究從TM-1開(kāi)花當(dāng)天胚
7、珠中克隆棉花CAPRICE(CPC)基因cDNA全長(zhǎng),包含240bp的ORF,編碼79個(gè)氨基酸,包含典型的R3-MYB基序??寺hCPC在棉花突變體材料中的不同拷貝,分析了核苷酸和推導(dǎo)的氨基酸序列差異。基因組序列分析推測(cè)陸地棉的CPC基因可能來(lái)自G.herbaceum(A-genome),基因組序列平均每73 bp一個(gè)SNP突變?;虮磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn),CPC基因在陸地棉TM-1不同時(shí)期的胚珠或纖維、根、葉中均有表達(dá),表達(dá)最高值出現(xiàn)在3 D
8、PA的纖維,TM-1的莖不表達(dá)。分析該基因在不同突變體中的差異表達(dá)發(fā)現(xiàn),0、1、3 DPA,TM-1中的表達(dá)量明顯低于無(wú)絨無(wú)絮和無(wú)絨有絮突變體的表達(dá);TM-1葉片中的表達(dá)量明顯高于密生絨毛品系T586中的表達(dá);在RIL純系中,有絨有絮純系的平均值顯著低于無(wú)絨有絮純系和無(wú)絨無(wú)絮純系。單標(biāo)記分析,CPC基因和纖維表型性狀是相關(guān)的。
TAIL-PCR克隆CPC基因的啟動(dòng)子,陸地棉和G.herbaceum的CPC基因啟動(dòng)子包含GA
9、RE-motif,而G.ramondii沒(méi)有。瞬時(shí)轉(zhuǎn)化上述兩種啟動(dòng)子,證明其都有轉(zhuǎn)錄活性。CPC基因轉(zhuǎn)化離體培養(yǎng)的胚珠,顯著抑制纖維的生長(zhǎng),并受到GA3的影響。由此推測(cè),CPC基因是棉花纖維發(fā)育的負(fù)向調(diào)控因子。
3、棉花GhDIS2基因的克隆與初步功能分析
轉(zhuǎn)錄因子隨核細(xì)胞骨架運(yùn)輸?shù)秸{(diào)控位點(diǎn),細(xì)胞骨架的形成和解聚影響轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。擬南芥DISTORTED2(DIS2)編碼ARP2/3復(fù)合體的ARPC2亞基。
10、dis2突變表現(xiàn)表皮層肌動(dòng)蛋白成斑狀、微管在成簇的肌動(dòng)蛋白附近異常聚集等。
運(yùn)用同源候選基因法從開(kāi)花當(dāng)天野生型胚珠中克隆棉花GhDIS2,該基因包括完整的975 bp的ORF,編碼324個(gè)氨基酸。表達(dá)分析發(fā)現(xiàn),它在陸地棉TM-1不同來(lái)源的組織中均表達(dá),于開(kāi)花后12 d達(dá)到表達(dá)高峰,開(kāi)花后18 d表達(dá)開(kāi)始下降,根和莖的表達(dá)量較低。在四倍體棉花基因組中存在2個(gè)拷貝。轉(zhuǎn)化裂殖酵母,使該基因在真核細(xì)胞中表達(dá),GhDIS2促使細(xì)胞擴(kuò)
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