棉花(Gossypium hirsutum)BZR1在纖維發(fā)育中的功能研究.pdf

1、棉纖維是全世界紡織工業(yè)最重要的天然原料來源，研究棉纖維發(fā)育的分子機(jī)制對(duì)于改善和提高纖維品質(zhì)具有指導(dǎo)意義。棉纖維發(fā)育是由一系列基因共同調(diào)控的，同時(shí)還受到內(nèi)源激素與外界環(huán)境的影響。植物激素是一類小分子大功效的物質(zhì)，其中油菜素內(nèi)酯(BR)對(duì)棉纖維發(fā)育具有重要作用。我們通過篩選棉纖維的酵母雙雜交cDNA文庫，獲得一個(gè)能夠與棉花14-3-3蛋白相互作用的蛋白GhBZR1，這個(gè)蛋白涉及到參與棉纖維發(fā)育的BR信號(hào)調(diào)控通路。本文研究了GhBZR1在棉纖

2、維發(fā)育中的功能，取得初步的進(jìn)展，結(jié)果如下:
　　1、GhBZR1蛋白序列及系統(tǒng)進(jìn)化分析
　　蛋白質(zhì)序列分析表明，GhBZR1與雷蒙德氏棉BZR1蛋白同源性最高，與油菜BZR1、黃瓜BZR1同源性較高。不同物種間BZR1蛋白序列相當(dāng)保守，均含有一個(gè)DUF822結(jié)構(gòu)域，這暗示BZR1在植物生長(zhǎng)發(fā)育中具有非常重要的作用。系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)棉花BZR1與野大豆和黃瓜BZR1親緣關(guān)系很近，與擬南芥BZR1屬于不同的進(jìn)化分支。此外，不同物

3、種間BZR1蛋白與BZR2/BES1蛋白在進(jìn)化關(guān)系上屬于不同分支，暗示它們是分歧進(jìn)化的。
　　2、GhBZR1促進(jìn)棉纖維的發(fā)育
　　為了探究GhBZR1在棉纖維發(fā)育中的功能，構(gòu)建了該基因的過量表達(dá)載體和RNAi載體，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的棉花遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，分別獲得GhBZR1過量表達(dá)轉(zhuǎn)基因棉花株系和RNAi轉(zhuǎn)基因棉花株系。通過觀察開花后一天的胚珠表面發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，GhBZR1過量表達(dá)棉花胚珠表面纖維細(xì)胞快速伸長(zhǎng)，而GhBZR

4、1抑制表達(dá)的棉花纖維細(xì)胞發(fā)育明顯滯后，細(xì)胞伸長(zhǎng)不明顯。分別統(tǒng)計(jì)野生型、GhBZR1過量表達(dá)和抑制表達(dá)株系棉花的成熟纖維長(zhǎng)度，結(jié)果表明，與野生型相比，過量表達(dá)轉(zhuǎn)基因棉花成熟纖維長(zhǎng)度顯著增長(zhǎng)，而抑制表達(dá)株系纖維長(zhǎng)度明顯變短。這說明GhBZR1在棉纖維發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，能夠促進(jìn)棉纖維細(xì)胞伸長(zhǎng)發(fā)育，增加成熟纖維長(zhǎng)度，提高棉纖維品質(zhì)。
　　3、GhBZR1與其它蛋白的相互作用
　　為了探究GhBZR1促進(jìn)棉纖維發(fā)育的分子機(jī)理，利

5、用酵母雙雜交技術(shù)，在棉花纖維cDNA文庫中篩選鑒定出能夠與GhBZR1相互作用的蛋白。由于GhBZR1為轉(zhuǎn)錄因子，具有轉(zhuǎn)錄自激活活性，因此基于GhBZR1的蛋白結(jié)構(gòu)，截短該基因序列，構(gòu)建了包括蛋白結(jié)構(gòu)域在內(nèi)的不同融合載體。通過自激活活性檢測(cè)，GhBZR1A和GhBZR1C均沒有轉(zhuǎn)錄自激活活性，可以進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。選擇序列較長(zhǎng)的GhBZR1C作為誘餌蛋白，篩查棉纖維cDNA文庫，共獲得343個(gè)克隆，其中目的條帶大于750bp的有133個(gè)克

6、隆。將這133個(gè)克隆進(jìn)行測(cè)序，最終篩選出能與GhBZR1相互作用的蛋白。該實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行當(dāng)中。
　　4、轉(zhuǎn)基因棉花纖維轉(zhuǎn)錄組分析
　　為了研究GhBZR1在棉纖維發(fā)育中的調(diào)控機(jī)制，對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花纖維進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析。分別收取野生型、GhBZR1過量表達(dá)和RNAi轉(zhuǎn)基因棉花的10天纖維材料，提取RNA后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)GhBZR1是BR信號(hào)通路中非常關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，其表達(dá)量的變化引起了一系列BR信號(hào)通路中下游基

7、因表達(dá)水平的變化，這些基因涉及棉纖維發(fā)育的許多方面。在GhBZR1轉(zhuǎn)基因棉花纖維中，由于GhBZR1表達(dá)量的變化引起了1010個(gè)基因的表達(dá)水平發(fā)生變化。對(duì)這些基因涉及的功能進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)它們不僅參與到棉纖維發(fā)育的主要過程中，還參與植物激素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，從而調(diào)控棉纖維的發(fā)育，它們?cè)诿蘩w維發(fā)育過程中涉及的細(xì)胞伸長(zhǎng)、膨脹、細(xì)胞壁合成等方面發(fā)揮重要作用。這些結(jié)果說明GhBZR1通過調(diào)控BR信號(hào)通路中一系列下游基因的表達(dá)，對(duì)棉纖維生長(zhǎng)發(fā)育起十分

8、關(guān)鍵的調(diào)控作用。GhBZR1在BR信號(hào)通路中不僅能調(diào)控下游基因的表達(dá)，還能對(duì)其上游的關(guān)鍵組分起到反饋調(diào)節(jié)作用。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，油菜素內(nèi)酯與其它植物激素之間發(fā)生交叉通路，GhBZR1表達(dá)量的變化影響其他植物激素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，各個(gè)植物激素轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是一個(gè)既彼此獨(dú)立又相互聯(lián)系的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。
　　上述研究結(jié)果為棉纖維發(fā)育的調(diào)控機(jī)制研究提供了有價(jià)值的科學(xué)資料，完善了BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在棉纖維發(fā)育過程的作用機(jī)制，同時(shí)為BR與其它植物激素之間的相互作