《乙烯、GA和超長鏈脂肪酸調控棉纖維發育的分子機制研究》是依託北京大學，由朱玉賢擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：乙烯、GA和超長鏈脂肪酸調控棉纖維發育的分子機制研究
- 項目負責人：朱玉賢
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目主要研究植物激素乙烯、GA和超長鏈脂肪酸在棉纖維發育過程中的相互及作用機理，確定植物激素或代謝產物參與信號轉導和轉錄激活的具體細節，深入闡明纖維發生、纖維細胞伸長及初生壁合成的調控規律。我們還將在成功解析植物激素介導棉纖維細胞形成機制的基礎上，研究植物激素參與纖維細胞伸長和初生壁合成的分子模型，全面闡述棉纖維細胞發生髮育規律，闡明乙烯、赤黴素以及超長鏈脂肪酸相互作用的交叉點，獲得這些激素或初生代謝產物之間發揮關鍵作用的連線子或橋樑分子。深入探索植物體內超低含量植物激素的定性與定量檢測方法，研究超長鏈脂肪酸在植物細胞內的運輸與信號轉導機制，獲得調控棉纖維細胞長度與強度的關鍵基因，為最終提高棉纖維產量和品質提供理論依據以及原始材料。我們還將以擬南芥為材料，深入研究UER1，UGD1，UGP1，GAE1和BARD1，WOX5等關鍵功能基因在根毛和主根伸長中的作用。
結題摘要
比較蛋白組學發現並鑑定了纖維快速伸長期野生型與突變體差異的104個蛋白點，發現核苷糖轉換代謝途徑顯著上調纖維伸長。鑑定與核苷糖轉換相關的7個蛋白點，由四個基因UER1、UGD1、UGP1和UGP2編碼的，其轉錄本和蛋白質水平都在棉纖維快速伸長期高調。乙烯和C24:0能促進UER1、UGD1和UGP1蛋白和轉錄水平的顯著提高，暗示二者能夠通過誘導某些特殊細胞壁多糖的合成，來促進纖維細胞的伸長。與胚珠組織相比，快速伸長的纖維初生細胞壁含有顯著多的Ara、Rha和GalA，而Xyl和Glc較少。在組培液中添加合成果膠多糖的前體UDP-Rha、UDP-GlcA和UDP-GalA能顯著促進纖維的伸長，而加入半纖維素前體UDP-Xyl或游離的單糖對纖維伸長沒有影響。14C標記的同位素實驗證明組培液中的核苷糖可以被胚珠吸收用來合成細胞壁，且對果膠前體核苷糖的吸收顯著高於其它。合成果膠多糖前體核苷糖UDP-GalA的關鍵基因GAE3在纖維快速伸長期也顯著高調。 擬南芥對應基因突變體uer1-1和 gae6-1根毛較短，這種表型能夠被擬南芥或棉花對應基因所互補。培養基中添加UDP-Rha也能夠回復突變體uer1-1的表型，添加UDP-GalA亦能回復gae6-1的表型。在擬南芥乙烯信號突變體ein2-5和VLCFA合成突變體cut1植株內，AtUER1和AtGAE6基因的表達豐度較野生型低。UDP-Rha或UDP-GalA處理能夠一定程度回復ein2-5和cut1短根毛的表型，而二者共同作用能將這兩種突變體恢復到與野生型相同的長度，表明乙烯和VLCFA（C24:0）能夠調控UER和GAE的表達，從而導致棉纖維和擬南芥根毛的伸長。 赤黴素（GA）能夠明顯促進纖維伸長和胚珠膨大，但不促進乙烯釋放。赤黴素信號途徑可能位於乙烯下游，通過調控一些轉錄因子的表達、脂肪酸代謝和合成來促進纖維的伸長。 通過對棉花功能基因組的研究發現，對棉纖維發育至關重要的乙烯合成關鍵基因ACO轉錄水平在幾乎無纖維的雷蒙德氏棉中竟然高出陸地棉數百倍，暗示著乙烯在棉纖維的發育過程中起著複雜的調控作用。而其他基因如超長鏈脂肪酸合成關鍵基因KCS、蔗糖合成酶基因Sus和調控纖維起始和伸長的轉錄因子MYB及bHLH等，都在陸地棉中相對於雷蒙德氏棉有顯著的表達上調。
