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)育的分子機制對于改善和提高纖維品質(zhì)具有指導意義。棉纖維發(fā)育是由一系列基因共同調(diào)控的，同時還受到內(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，獲得一個能夠與棉花14-3-3蛋白相互作用的蛋白GhBZR1，這個蛋白涉及到參與棉纖維發(fā)育的BR信號調(diào)控通路。本文研究了GhBZR1在棉纖

2、維發(fā)育中的功能，取得初步的進展，結(jié)果如下:
　　1、GhBZR1蛋白序列及系統(tǒng)進化分析
　　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蛋白序列相當保守，均含有一個DUF822結(jié)構(gòu)域，這暗示BZR1在植物生長發(fā)育中具有非常重要的作用。系統(tǒng)進化分析發(fā)現(xiàn)棉花BZR1與野大豆和黃瓜BZR1親緣關系很近，與擬南芥BZR1屬于不同的進化分支。此外，不同物

3、種間BZR1蛋白與BZR2/BES1蛋白在進化關系上屬于不同分支，暗示它們是分歧進化的。
　　2、GhBZR1促進棉纖維的發(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載體和RNAi載體，通過農(nóng)桿菌介導的棉花遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，分別獲得GhBZR1過量表達轉(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過量表達棉花胚珠表面纖維細胞快速伸長，而GhBZR

4、1抑制表達的棉花纖維細胞發(fā)育明顯滯后，細胞伸長不明顯。分別統(tǒng)計野生型、GhBZR1過量表達和抑制表達株系棉花的成熟纖維長度，結(jié)果表明，與野生型相比，過量表達轉(zhuǎn)基因棉花成熟纖維長度顯著增長，而抑制表達株系纖維長度明顯變短。這說明GhBZR1在棉纖維發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，能夠促進棉纖維細胞伸長發(fā)育，增加成熟纖維長度，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促進棉纖維發(fā)育的分子機理，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，GhBZR1A和GhBZR1C均沒有轉(zhuǎn)錄自激活活性，可以進行后續(xù)的實驗。選擇序列較長的GhBZR1C作為誘餌蛋白，篩查棉纖維cDNA文庫，共獲得343個克隆，其中目的條帶大于750bp的有133個克

6、隆。將這133個克隆進行測序，最終篩選出能與GhBZR1相互作用的蛋白。該實驗還在進行當中。
　　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)控機制，對轉(zhuǎn)基因棉花纖維進行轉(zhuǎn)錄組分析。分別收取野生型、GhBZR1過量表達和RNAi轉(zhuǎn)基因棉花的10天纖維材料，提取RNA后進行轉(zhuǎn)錄組測序。對其結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)GhBZR1是BR信號通路中非常關鍵的轉(zhuǎn)錄因子，其表達量的變化引起了一系列BR信號通路中下游基

7、因表達水平的變化，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表達量的變化引起了1010個基因的表達水平發(fā)生變化。對這些基因涉及的功能進行分類，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轉(zhuǎn)導過程，從而調(diào)控棉纖維的發(fā)育，它們在棉纖維發(fā)育過程中涉及的細胞伸長、膨脹、細胞壁合成等方面發(fā)揮重要作用。這些結(jié)果說明GhBZR1通過調(diào)控BR信號通路中一系列下游基因的表達，對棉纖維生長發(fā)育起十分

8、關鍵的調(diào)控作用。GhBZR1在BR信號通路中不僅能調(diào)控下游基因的表達，還能對其上游的關鍵組分起到反饋調(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表達量的變化影響其他植物激素的信號轉(zhuǎn)導過程，各個植物激素轉(zhuǎn)導途徑是一個既彼此獨立又相互聯(lián)系的信號網(wǎng)絡。
　　上述研究結(jié)果為棉纖維發(fā)育的調(diào)控機制研究提供了有價值的科學資料，完善了BR信號轉(zhuǎn)導在棉纖維發(fā)育過程的作用機制，同時為BR與其它植物激素之間的相互作