超量表達(dá)GhGA20ox1基因影響棉花纖維次生壁合成.pdf

1、我國是重要的產(chǎn)棉大國和消費(fèi)大國，棉花產(chǎn)業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著舉足輕重的地位。棉花纖維是重要的工業(yè)原料。隨著人們對(duì)紡織品要求的提高，高品質(zhì)纖維備受青睞。因此，棉花育種行業(yè)一直以纖維的產(chǎn)量高，品質(zhì)優(yōu)良為育種目標(biāo)。利用傳統(tǒng)育種方法同時(shí)改良棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)非常困難，因?yàn)槊藁ɡw維的產(chǎn)量和品質(zhì)均屬數(shù)量性狀，受多種因素影響，且呈負(fù)相關(guān)。利用基因工程手段進(jìn)行遺傳育種可以打破物種界限實(shí)現(xiàn)優(yōu)良基因的定向轉(zhuǎn)移，為棉花育種提供了一個(gè)新思路。前人克隆了很多與棉

2、花纖維發(fā)育相關(guān)的代謝或調(diào)控基因，但是這些基因影響纖維發(fā)育的具體作用機(jī)制還不夠清楚。
　　 赤霉素(Gibberellin，GA)是一類重要的植物激素，參與調(diào)控多個(gè)植物生長發(fā)育過程。在棉花纖維發(fā)育中GA起著重要的調(diào)控作用。外施GA可以增加纖維的數(shù)量，促進(jìn)纖維的伸長。超量表達(dá)棉花GA20氧化酶基因(GhGA20ox1)能有效提高棉花纖維中的活性GA含量，增加胚珠表面纖維突起的數(shù)目和促進(jìn)纖維細(xì)胞的早期伸長。但是，GA在纖維后期發(fā)育的次

3、生壁加厚時(shí)期作用如何?目前的研究還很少。
　　 本文利用GhGA20ox1超量表達(dá)棉花材料，從生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)、基因表達(dá)等方面探索了GA對(duì)纖維次生壁加厚的影響及其分子生物學(xué)機(jī)理。
　　 主要結(jié)果如下：
　　 1.超量表達(dá)GhGA20ox1棉花纖維品質(zhì)和產(chǎn)量性狀
　　 為明確超量表達(dá)GhGA20ox1對(duì)棉花纖維品質(zhì)和產(chǎn)量性狀的影響，我們對(duì)收獲的棉花進(jìn)行了種子性狀和纖維品質(zhì)檢測。與野生型對(duì)照比較，超量表達(dá)GhG

4、A20ox1的轉(zhuǎn)基因材料衣分下降，纖維變長，馬克隆值下降，纖維強(qiáng)度增加。對(duì)成熟纖維進(jìn)行組織切片觀察發(fā)現(xiàn)，成熟纖維橫截面周長變短，纖維細(xì)胞壁厚度變薄。以上結(jié)果表明超量表達(dá)GhGA20ox1能促進(jìn)棉花纖維伸長，并抑制纖維細(xì)胞壁增厚。
　　 2.超量表達(dá)GhGA20ox1對(duì)次生壁合成起始的影響
　　 為明確超量表達(dá)GhGA20oxl對(duì)纖維發(fā)育進(jìn)程的影響，我們比較了轉(zhuǎn)基因棉花和野生型對(duì)照在10～22DPA纖維中的纖維素合成動(dòng)態(tài)和

5、次生壁合成標(biāo)記基因(CesA1、CesA2、Rac13)的表達(dá)水平。在超量表達(dá)GhGA20oxl的棉花中纖維素占纖維干重的比例在18～20DPA明顯提高，而野生型對(duì)照的纖維素含量在16～18DPA明顯提高，表明轉(zhuǎn)基因纖維的次生壁合成時(shí)期較對(duì)照植株延后。Quantityreal time-PCR分析表明，CesA1、CesA2和Rac13的表達(dá)水平快速升高的時(shí)期在超量表達(dá)GhGA20oxl的纖維中也較對(duì)照延后。這些結(jié)果表明超量表達(dá)GhGA

6、20oxl可能推遲轉(zhuǎn)基因棉纖維次生壁合成的起始時(shí)間。
　　 3.超量表達(dá)GhGA20oxl棉花纖維的基因表達(dá)譜分析
　　 為從轉(zhuǎn)錄水平探索超量表達(dá)GhGA20oxl影響棉花纖維發(fā)育的分子機(jī)理，利用高通量測方法比較了開花后16天纖維中基因表達(dá)的變化。在轉(zhuǎn)基因棉花和對(duì)照間，共檢測到96個(gè)差異表達(dá)顯著的基因，包括25個(gè)上調(diào)和76個(gè)下調(diào)基因。這些基因涉及包括糖代謝、次生代謝、氧化磷酸化在內(nèi)的33個(gè)途徑。類黃酮途徑中CCR基因上調(diào)