GhTUB7在棉纖維發(fā)育中的功能.pdf

1、棉花是世界上重要的纖維作物，我國(guó)是產(chǎn)棉大國(guó)，棉花在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位。棉纖維是由胚珠外珠被表皮細(xì)胞經(jīng)突起并極性伸長(zhǎng)而成的單細(xì)胞，是棉花的主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品。纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育經(jīng)歷了細(xì)胞分化突起、極性伸長(zhǎng)、次生壁形成和脫水成熟等過(guò)程，形成了纖維細(xì)胞的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此研究纖維細(xì)胞的發(fā)育及其影響因素，對(duì)培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花纖維具有重要意義和實(shí)踐價(jià)值。同時(shí)，纖維發(fā)育持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，幾個(gè)過(guò)程區(qū)分明顯，因此纖維細(xì)胞也是研究植物細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育的理想材料。<

2、br>　　細(xì)胞骨架在細(xì)胞發(fā)育中具有重要作用，微管是細(xì)胞骨架的主要成分。纖維細(xì)胞發(fā)育中微管排列模式隨纖維生長(zhǎng)有規(guī)律變化，表明微管在纖維細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育中具有重要作用。但微管骨架調(diào)控纖維細(xì)胞生長(zhǎng)的相關(guān)機(jī)制還知之甚少。微管主要由α-和β-微管蛋白組成，在植物基因組中含有多個(gè)α-和β-微管蛋白基因，盡管微管蛋白基因在序列上高度保守，部分基因卻有明顯的組織器官和發(fā)育特異性，說(shuō)明不同的微管蛋白基因可能在植株發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮不同的功能。棉花中部分微管蛋白基

3、因在纖維細(xì)胞中特異高表達(dá)，暗示這些基因與纖維細(xì)胞發(fā)育有密切關(guān)系，但這些基因的具體功能及其調(diào)控機(jī)制尚不清楚。
　　陸地棉基因組中有38個(gè)β-微管蛋白基因，其中GhTUB7基因在纖維細(xì)胞中特異表達(dá)，且在細(xì)胞次生壁合成期高表達(dá)，暗示GhTUB7基因與纖維產(chǎn)量品質(zhì)(長(zhǎng)度、強(qiáng)度和細(xì)度)有密切關(guān)系。為進(jìn)一步解析GhTUB7在纖維發(fā)育中的功能及調(diào)控機(jī)理。本研究通過(guò)克隆棉花微管蛋白家族成員GhTUB7及其上游啟動(dòng)子，在轉(zhuǎn)基因棉花中上調(diào)和下調(diào)GhT

4、UB7的表達(dá)水平，觀測(cè)轉(zhuǎn)基因棉花纖維的性狀變化。分析GhTUB7基因表達(dá)變化與纖維性狀變異的關(guān)系，闡明GhTUB7基因在纖維生長(zhǎng)發(fā)育中的功能；同時(shí)通過(guò)啟動(dòng)子功能分析，揭示GhTUB7在纖維發(fā)育中的調(diào)控機(jī)制，為進(jìn)一步完善纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育理論提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。主要結(jié)果如下：
　　1.克隆了棉纖維特異表達(dá)微管蛋白基因GhTUB7
　　GhTUB7 cDNA序列長(zhǎng)1471bp，包含一個(gè)長(zhǎng)1335bp的ORF，推測(cè)的氨基酸序列長(zhǎng)444a

5、a，分子量50kD，等電點(diǎn)4.766。GhTUB7基因編碼的蛋白序列具有tubulin保守區(qū)域，其與水稻，玉米，可可，大豆等β-微管蛋白家族均具有很高的同源性。在系統(tǒng)進(jìn)化上與可可親緣關(guān)系較近。
　　2.明確了GhTUB7基因表達(dá)模式
　　數(shù)字表達(dá)譜搜索和實(shí)時(shí)定量PCR都證明GhTUB7在纖維細(xì)胞中特異表達(dá)，在根、莖、葉、花、雄蕊、雌蕊中表達(dá)極低。其表達(dá)水平在纖維細(xì)胞次生壁合成起始期開(kāi)始增加，在20DPA纖維中達(dá)到表達(dá)峰值，隨

6、后稍有下降但仍保持較高水平。該結(jié)果表明GhTUB7是個(gè)纖維特異性較強(qiáng)的纖維發(fā)育后期基因，在纖維次生壁合成過(guò)程中具有重要作用。
　　3.鑒定了棉花纖維特異啟動(dòng)子GhTUB7P
　　GhTUB7是個(gè)纖維發(fā)育后期特異表達(dá)的基因，對(duì)其啟動(dòng)子的研究不僅能夠闡釋GhTUB7的調(diào)控機(jī)制，也能為研究和應(yīng)用提供纖維后期特異表達(dá)啟動(dòng)子。為此，克隆了GhTUB7基因上游2010bp的調(diào)控序列，同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)子5’刪除實(shí)驗(yàn)，以期獲得該啟動(dòng)子核心啟動(dòng)區(qū)

7、段。對(duì)獲得的轉(zhuǎn)基因棉花進(jìn)行不同組織部位GUS組織化學(xué)染色，結(jié)果表明，在根、莖、葉等部位均未檢測(cè)到GUS信號(hào)。在對(duì)不同發(fā)育時(shí)期的纖維進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示10DPA時(shí)GUS信號(hào)較弱，隨后信號(hào)逐漸增強(qiáng)，其在20DPA-30DPA呈現(xiàn)強(qiáng)GUS信號(hào)。由此說(shuō)明GhTUB7P是一個(gè)纖維特異性較高的強(qiáng)啟動(dòng)子。
　　4. GhTUB7對(duì)棉花纖維發(fā)育的影響
　　超量表達(dá)GhTUB7基因抑制纖維細(xì)胞的起始和伸長(zhǎng)，轉(zhuǎn)基因纖維長(zhǎng)度與野生型相比降低了8.