棉纖維發(fā)育早期的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、棉花是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維發(fā)育的調(diào)控機(jī)制一直是棉花研究的重點(diǎn)。前人研究表明，MYB類轉(zhuǎn)錄因子在棉纖維發(fā)育早期起著重要的調(diào)控作用，其中，R2R3-MYB類轉(zhuǎn)錄因子GhMYB25是棉纖維分化的關(guān)鍵正調(diào)控因子，其是否與其它轉(zhuǎn)錄因子共同組成調(diào)控纖維發(fā)育的新途徑還不清楚；R3-MYB類轉(zhuǎn)錄因子是表皮毛發(fā)育的負(fù)調(diào)控因子，棉花中該類轉(zhuǎn)錄因子尚待克隆分析和功能鑒定。此外，BR是一類調(diào)控棉纖維分化和細(xì)胞伸長的激素，但是其作用的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步分

2、析。
　　 為了研究棉花起始期的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，本研究選取纖維品質(zhì)最優(yōu)的海島棉作為主要研究對象，從基因克隆、進(jìn)化分析、表達(dá)分析、蛋白與DNA互作、蛋白與蛋白互作、轉(zhuǎn)基因植物驗(yàn)證功能等方面開展了一系列的工作，并取得了以下結(jié)果：
　　 一．GbML1結(jié)合L1盒并與GbMYB25互作共同調(diào)控纖維的起始發(fā)育
　　 本研究從棉花起始期的胚珠cDNA中通過RACE技術(shù)克隆了一個新的HD-Zip IV家族轉(zhuǎn)錄因子(GbML1)。

3、GbML1蛋白通過ZLZ結(jié)構(gòu)域形成二聚體，并以HD結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合L1盒。GbML1能夠結(jié)合纖維特異表達(dá)基因RDL1的啟動子及其自身啟動子。GbML1與GbMYB25均在發(fā)育的胚珠中強(qiáng)表達(dá)，兩者都能定位于細(xì)胞核。GbML1通過START-SAD結(jié)構(gòu)域特異地結(jié)合GbMYB25的C端，其中START結(jié)構(gòu)域的空間結(jié)構(gòu)對于蛋白互作有著重要影響。盡管GbML1是個弱激活子，但是GbMYB25的C2結(jié)構(gòu)域具有強(qiáng)激活能力，因此GbML1與GbMYB25

4、組成了一個具有識別特異序列的強(qiáng)激活復(fù)合體，共同激活纖維特異基因的表達(dá)。擬南芥中過量表達(dá)GbML1增加了葉片及莖的表皮毛數(shù)量。因此，GbML1是新的控制纖維分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。
　　 二．SANT/MYB類轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控纖維的發(fā)育
　　 本研究還從早期發(fā)育的胚珠cDNA文庫中克隆了兩個SANT/MYB類轉(zhuǎn)錄因子，即GbRL1和GbRL2。
　　 GbRL1序列上與RAD基因比較相似，進(jìn)化上屬于同一分支，在花瓣中表

5、達(dá)較強(qiáng)，且在擬南芥中過量表達(dá)的表型與過量表達(dá)AD基因類似，因此GbRLl很可能是RAD的同源基因。此外，GbRL1在纖維起始期的胚珠中的表達(dá)是纖維伸長期的8倍以上，在伸長期的棉纖維中也可以檢測到其表達(dá)，故GbRL1不僅參與花瓣的發(fā)育，還與胚珠及棉纖維的發(fā)育相關(guān)。啟動子克隆和分析表明，GbRL1可能受到控制花器官發(fā)育和開花時間控制的MADS盒轉(zhuǎn)錄因子及WUS基因的共同調(diào)控。
　　 與GbRL1相反，GbRL2在纖維起始期的胚珠中的

6、表達(dá)非常弱，在纖維伸長期逐漸增強(qiáng)，且在+8 DPA的胚珠中的表達(dá)強(qiáng)于纖維。GhRL2基因在Xu142及其無纖維突變體fl中的表達(dá)存在顯著差異。在-3 DPA時，GbRL2突變體中強(qiáng)表達(dá)，而在野生型中檢測不到其表達(dá)；在+5 DPA時，GbRL2在fl突變體弱表達(dá)，而在野生型里強(qiáng)表達(dá)，故GbRL2可能是纖維發(fā)育的負(fù)調(diào)控因子。GbRL2的啟動子除了具有MADS盒類轉(zhuǎn)錄因子的識別序列外，還具有L1盒，因此GbRL2可能還受到L1層調(diào)控基因如Gb

7、ML1的調(diào)控。
　　 三．SRN1參與調(diào)控植物的多器官發(fā)育過程
　　 SRN1是擬南芥油菜素內(nèi)酯處理的特異響應(yīng)基因，本研究顯示其編碼一個定位于細(xì)胞核的NAC轉(zhuǎn)錄激活因子。SRN1在維管組織中優(yōu)勢表達(dá)，在各器官的保衛(wèi)細(xì)胞及種子的表皮中也有較強(qiáng)的表達(dá)。抑制SRN1的表達(dá)導(dǎo)致葉和莖的發(fā)育異常和雄性育性降低。過量表達(dá)SRN1引起種子發(fā)育異常，子葉和葉片的色素積累增加，胚軸變短加粗，葉片伸展受到抑制，頂端優(yōu)勢受到抑制，器官發(fā)生融合