超量表達(dá)LIM結(jié)構(gòu)域基因引起棉花的表型變化.pdf

1、棉花是世界上最重要的天然纖維作物，也是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要經(jīng)濟(jì)作物。棉纖維是棉花的主要產(chǎn)品，纖維的產(chǎn)量和品質(zhì)是衡量棉花生產(chǎn)價(jià)值的重要指標(biāo)。由于棉花纖維是紡織工業(yè)的原料，棉纖維的纖維長(zhǎng)度、纖維強(qiáng)度、細(xì)度和整齊度等品質(zhì)特性決定了棉纖維的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此，提高棉纖維產(chǎn)量和改良棉纖維品質(zhì)始終是棉花育種工作的主要目標(biāo)。 棉纖維細(xì)胞在植物細(xì)胞中具有獨(dú)特地位，是不可多得的細(xì)胞學(xué)研究材料。棉花纖維細(xì)胞伸長(zhǎng)迅速，成熟棉纖維最長(zhǎng)可達(dá)5厘米左右；其次

2、生壁幾乎全部由纖維素組成，是一種獨(dú)特的細(xì)胞壁；棉纖維細(xì)胞的伸長(zhǎng)和細(xì)胞壁的增厚過(guò)程具有同步性。在植物細(xì)胞分化、伸長(zhǎng)、細(xì)胞壁合成、細(xì)胞骨架建成、纖維素生物合成以及同化物分配等生理和發(fā)育學(xué)的研究中，棉纖維細(xì)胞作為良好的細(xì)胞學(xué)模型具有重要的研究?jī)r(jià)值。 LIM結(jié)構(gòu)域蛋白是一類(lèi)廣泛存在于真核生物中，對(duì)細(xì)胞發(fā)育進(jìn)程有重要作用的調(diào)控因子，它們參與了包括基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞骨架建成和信號(hào)傳導(dǎo)在內(nèi)的多種生理生化過(guò)程。LIM結(jié)構(gòu)域蛋白擁有高度保守的LIM結(jié)

3、構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域包含兩個(gè)鋅指基序，每個(gè)鋅指基序由兩條反向平行的β-折疊片構(gòu)成。LIM結(jié)構(gòu)域蛋白的主要特點(diǎn)，是能夠在不同發(fā)育時(shí)期和不同發(fā)育類(lèi)型的細(xì)胞中，通過(guò)其鋅指結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)蛋白質(zhì)之間的相互作用，影響結(jié)構(gòu)蛋白、激酶、轉(zhuǎn)錄因子等多種蛋白的生物學(xué)活性，在細(xì)胞分化、器官發(fā)育、細(xì)胞骨架建成及腫瘤發(fā)生等發(fā)育進(jìn)程中起重要調(diào)節(jié)作用。研究表明，動(dòng)物L(fēng)IM結(jié)構(gòu)域蛋白中的CRP(cysteine-richproteins，CRPs)類(lèi)蛋白廣泛參與了肌肉細(xì)胞的細(xì)胞

4、骨架建成，而植物L(fēng)IM結(jié)構(gòu)域蛋白與動(dòng)物CRP類(lèi)蛋白在結(jié)構(gòu)上存在高度相似性，暗示植物L(fēng)IM結(jié)構(gòu)域蛋白的生物學(xué)功能可能與CRP類(lèi)蛋白的功能類(lèi)似，與細(xì)胞骨架建成相關(guān)。由于LIM結(jié)構(gòu)域在植物中廣泛存在，植物L(fēng)IM結(jié)構(gòu)域可能參與了復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，對(duì)LIM結(jié)構(gòu)域蛋白表達(dá)水平的調(diào)控，可能成為植物代謝調(diào)控的有效手段之一。 迄今，對(duì)植物L(fēng)IM結(jié)構(gòu)域蛋白功能的了解不多，植物L(fēng)IM結(jié)構(gòu)域蛋白功能研究尚處于起步階段。為研究GhLIM1蛋白在棉花中的功

5、能，我們構(gòu)建了GhLIM1基因的超量表達(dá)載體，并通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法對(duì)棉花胚性愈傷組織進(jìn)行了遺傳轉(zhuǎn)化，獲得了轉(zhuǎn)基因棉花植株，并對(duì)獲得的轉(zhuǎn)基因棉花T0代植株進(jìn)行了性狀觀察和分子生物學(xué)分析。本研究所得結(jié)果如下： 1、獲得GUS陽(yáng)性轉(zhuǎn)基因棉花18株。Southernblotting證明表達(dá)載體已被成功轉(zhuǎn)入棉花基因組中。NorthernBlotting分析表明，LIM結(jié)構(gòu)域基因的轉(zhuǎn)錄水平在轉(zhuǎn)基因棉花中顯著提高。 2、轉(zhuǎn)基因棉花中的棉

6、酚腺點(diǎn)數(shù)較野生型棉花中的腺點(diǎn)數(shù)明顯增加。結(jié)果表明，超量表達(dá)GhLIM1基因會(huì)增加轉(zhuǎn)基因棉花的棉酚腺點(diǎn)數(shù)。 3、轉(zhuǎn)基因棉花木質(zhì)部中的木質(zhì)素含量比野生型的木質(zhì)素含量顯著提高。結(jié)果表明，超量表達(dá)GhLIM1基因會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)素含量的增加。 4、轉(zhuǎn)基因棉花木質(zhì)部中的纖維素含量比野生型的纖維素含量低。結(jié)果表明，超量表達(dá)GhLIM1基因會(huì)降低棉花植株的纖維素含量。 5、掃描電鏡和胚珠培養(yǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因棉花纖維細(xì)胞的伸長(zhǎng)受到抑制