陸地棉纖維次生壁加厚期基因表達譜分析.pdf

1、棉纖維是重要的天然纖維,纖維細胞也是研究植物細胞伸長、細胞壁合成生理和發(fā)育過程的良好模式材料。隨著基因芯片、高通量測序等現(xiàn)代分子生物學(xué)分析手段的不斷發(fā)展和成熟,棉纖維發(fā)育分子機理得到了較為深入的研究,并取得了一系列的重要進展。然而這些研究主要集中在纖維細胞的起始和伸長階段,次生壁加厚的分子機制研究還相對較少。棉纖維次生壁加厚期(大約15-40DPA左右)是纖維比強度形成的關(guān)鍵時期,研究次生壁加厚的分子機制,可為棉纖維次生壁加厚相關(guān)基因的

2、克隆奠定基礎(chǔ),同時也為深入挖掘棉纖維品質(zhì)性狀重要基因,并將其用于棉纖維品質(zhì)性狀的改良奠定基礎(chǔ)。
　　 本研究以高纖維強度材料0-153和轉(zhuǎn)基因抗蟲棉sGK9708為親本構(gòu)建的高代重組自交系群體(F6:8)中纖維強度具有顯著差異的兩個系作為材料,利用cDNA芯片技術(shù)(北京大學(xué)和博奧生物有限公司共同構(gòu)建的29K棉花全基因組cDNA芯片,包括29185個探針序列),對纖維不同發(fā)育時期(10、15、20、23DPA)的基因表達譜進行研究

3、。根據(jù)芯片中基因表達量的變化,篩選出差異表達基因并對其進行GO功能顯著性富集分析,尋找與棉纖維次生壁加厚相關(guān)的候選基因。本研究結(jié)果如下:
　　 1、在本研究中,大量的差異表達基因在兩材料不同發(fā)育時間點上被檢測到。高比強材料相鄰時間點上共篩選到差異表達基因3802個,占cDNA芯片基因序列的13.03％；在低比強材料相鄰時間點上共篩選到差異表達基因7146個,占cDNA芯片基因序列的24.49％。在兩材料相同時間點上共檢測到差異表

4、達基因5228個,占cDNA芯片基因序列的17.91％。
　　 2、從差異表達基因中選擇9個代表性基因利用熒光定量PCR進行驗證,其表達模式與芯片數(shù)據(jù)一致,證明本研究中的芯片結(jié)果可靠。上述9個基因包括棉纖維在伸長期和次生壁加厚期的階段性特異表達基因:擴展蛋白(GhExp1、GhExp2)、纖維素合成酶(GhCesA1、GhCesA2)、蔗糖合成酶(GhSuS)、β—1,3-葡聚糖酶(beta-1,3-glucanase)；此外,

5、還包括通過GO功能顯著性富集分析發(fā)現(xiàn)在兩材料中顯著差異表達并富集的基因:水通道蛋白(GhAQP)、小GTP酶結(jié)合蛋白Rac13(GhRac13)、依賴于RNA的RNA聚合酶(AtSDE1)。
　　 3、通過對伸長期(GhExp)和次生壁加厚期(CesA、beta-1,3-glucanase)標志基因的表達模式研究發(fā)現(xiàn),兩個材料纖維發(fā)育進程不同步,高強纖維材料比低強纖維材料晚進入次生壁加厚期。
　　 4、利用Blast2G

6、O軟件對差異表達基因進行富集分析發(fā)現(xiàn)小G蛋白和依賴于RNA的RNA聚合酶活性基因在兩材料中的表達模式具有時間差異性。這種表達模式的差異可能是導(dǎo)致兩材料纖維發(fā)育不同步,從而影響棉纖維強度性狀的重要原因之一。在棉纖維伸長期,生長素信號響應(yīng)、脂肪酸代謝和細胞松弛有關(guān)基因大量表達,而進入次生壁加厚期以后,上述基因表達減少,而與纖維素合成等碳循環(huán)相關(guān)基因表達量劇增,暗示纖維發(fā)育進入次生壁加厚期后細胞內(nèi)代謝集中流向纖維素合成。由此推測,控制碳流向的