陸地棉鈣調(diào)素CaM7-like基因?qū)w維伸長(zhǎng)和生物量的影響的研究.pdf

1、棉花纖維是世界上最重要的自然纖維之一。對(duì)棉花纖維伸長(zhǎng)相關(guān)基因的發(fā)掘及其分子機(jī)理的探究具有重要意義。鈣信號(hào)調(diào)控植物的許多發(fā)育過(guò)程，鈣調(diào)素(CaM)作為真核生物中最保守的鈣離子受體，擁有一個(gè)靈活的構(gòu)象結(jié)構(gòu)。然而，CaM在重要的天然纖維棉花中的分子機(jī)制依然很不清楚。本實(shí)驗(yàn)室擁有一個(gè)棉花纖維短縮突變體pag1，該突變體的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示GhCaM7-like在快速伸長(zhǎng)期的纖維中下調(diào)表達(dá)。因此，通過(guò)VIGS、細(xì)胞學(xué)、啟動(dòng)子的異源表達(dá)和電生理學(xué)等手段

2、對(duì)GhCaM7-like基因在纖維發(fā)育和生物量中的功能做了一定的闡述。具體結(jié)果如下:
　　1、GhCaM7-like基因?qū)儆阝}調(diào)素(CaM) isoform。
　　鈣調(diào)素普遍存在于真核生物，并且在植物細(xì)胞中是最保守和最重要的鈣調(diào)蛋白之一。多重序列比對(duì)結(jié)果顯示GhCaM7-like，擬南芥鈣調(diào)素isoforms和人的鈣調(diào)素都含有典型的四個(gè)EF-hands，且序列相似度極高甚至完全一樣，說(shuō)明在真核生物中，不管是在哺乳動(dòng)物中還是植

3、物中鈣調(diào)素在進(jìn)化上高度保守。蛋白三維結(jié)構(gòu)分析顯示GhCaM7-like和AtCaM7幾乎顯示一樣的特點(diǎn)。生物信息學(xué)分析結(jié)果表明GhCaM7-like都屬于鈣調(diào)素isoform。
　　2、GhCaM7-like基因的表達(dá)模式分析。
　　實(shí)時(shí)定量結(jié)果表明GhCaM7-like基因在莖中的表達(dá)量較低，在棉纖維中特異表達(dá)。該基因的轉(zhuǎn)錄積累開(kāi)始于10 DPA纖維，在15 DPA纖維中達(dá)到最高值，從20 DPA時(shí)開(kāi)始下降。對(duì)GhCaM7

4、-like基因啟動(dòng)子在擬南芥中異源表達(dá)驅(qū)動(dòng)GUS基因發(fā)現(xiàn)GUS染色出現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因植株的各個(gè)器官。在莖、葉和根的毛狀體中發(fā)現(xiàn)GUS信號(hào)。GhCaM7-like在棉花和轉(zhuǎn)基因擬南芥中的表達(dá)模式說(shuō)明這個(gè)基因可能與棉花纖維伸長(zhǎng)有關(guān)。
　　3、沉默GhCaM7-like基因影響棉花纖維和生物量。
　　為了深入了解GhCaM7-like蛋白在棉花中的功能，我們構(gòu)建病毒VIGS載體，轉(zhuǎn)化棉花中24品種。我們得到了9株獨(dú)立的沉默GhCaM7-

5、like基因的棉花植株，6株獨(dú)立的pYL156空載體棉花植株，6株中24。和對(duì)照相比，沉默GhCaM7-like基因的棉花莖中該基因的表達(dá)量明顯降低。在不同的生長(zhǎng)階段，沉默GhCaM7-like基因的棉花植株都比對(duì)照矮。棉花的莖頂端切片圖說(shuō)明在沉默GhCaM7-like基因的棉花植株莖細(xì)胞伸長(zhǎng)收到明顯抑制。沉默GhCaM7-like基因還使棉花的葉片變小。另外，在VIGS介導(dǎo)GhCaM7-like植株中，不同時(shí)期的棉花纖維變短，種子也變

6、小，說(shuō)明沉默GhCaM7-like基因不僅影響到了棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，還影響到了生殖生長(zhǎng)。以上結(jié)果表明，GhCaM7-like基因影響棉花纖維的伸長(zhǎng)和生物量合成。
　　4、GhCaM7-like蛋白通過(guò)調(diào)控Ca2+流量和影響鈣調(diào)素綁定蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。
　　鈣離子信號(hào)系統(tǒng)在廣泛的生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中起著重要的作用。為了進(jìn)一步探究沉默GhCaM7-like基因?qū)︹}離子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的影響，我們運(yùn)用非損傷微測(cè)技術(shù)檢測(cè)了從細(xì)胞外到細(xì)胞內(nèi)的葉片下

7、表皮和莖頂端分生組織的Ca2+流量。結(jié)果顯示，與對(duì)照相比沉默GhCaM7-like基因的棉花植株中，不管是葉片下表皮細(xì)胞還是莖頂端分生組織部位均表現(xiàn)出Ca2+外排的現(xiàn)象，其中莖頂端分生組織的Ca2+流量的變化從另一個(gè)方面解釋了沉默GhCaM7-like基因造成的棉花植株變矮的現(xiàn)象。我們選取了GhIQD1和GhAnn2這兩個(gè)CaM綁定蛋白，做了沉默GhCaM7-like基因和兩個(gè)對(duì)照在葉片中的表達(dá)量。和對(duì)照相比在沉默GhCaM7-like