《棉花纖維細胞次生壁發育的轉錄調控研究》是依託華中師範大學，由李學寶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：棉花纖維細胞次生壁發育的轉錄調控研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李學寶
- 依託單位：華中師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
棉花是我國最重要的經濟作物，棉纖維廣泛套用於紡織工業及其相關產業。研究發現，NAC及KNOX等轉錄因子家族成員對植物細胞次生壁發育可能具有重要調控作用。我們克隆鑑定了棉花NAC1和NAC2及KNL1等基因，並證明它們都在棉纖維細胞次生壁發育時期特異表達，而且KNL1可能直接受到NAC1調控。本項目擬系統地探討棉花NAC1/2以及受其調控的KNL1等轉錄因子在纖維細胞次生壁發育中的作用。通過研究這些轉錄因子對棉纖維細胞次生壁發育相關的重要基因(蛋白)的調控作用，探討它們是否與其他調節因子及細胞壁合成相關酶蛋白等共同組成一個複雜的轉錄調控網路，決定棉纖維細胞壁發育和纖維品質。本項目試圖揭示NAC轉錄因子介導的棉纖維細胞次生壁發育的信號調控途徑，為棉纖維發育的分子機制研究提供重要科學資料，同時也為棉纖維品質改良的分子育種提供具有套用價值的轉基因棉花材料。
結題摘要
棉花是我國最重要的經濟作物，棉纖維廣泛套用於紡織工業及其相關產業。NAC蛋白是高等植物中所特有的一類轉錄因子。我們鑑定了7個在棉纖維細胞次生壁發育時期特異或優勢表達的NAC轉錄因子(命名為GhFSN1–7)，著重研究了GhFSN1在棉纖維細胞次生壁發育中的轉錄調控功能。GhFSN1定位於細胞核中，具有轉錄激活活性，能夠形成同源或異源二聚體。獲得該基因過量表達和RNAi轉基因棉花植株及其後代株系。分析表明，GhFSN1過量表達轉基因棉纖維細胞次生壁顯著增厚，纖維強度增加，但長度有所減少。RNAi棉花纖維表型變化不明顯，可能是由於其他FSN基因在棉纖維發育過程中功能冗餘所致。轉錄組分析表明GhFSN1 激活或抑制許多下游基因的表達，影響棉纖維細胞次生壁發育。GhFSN1能夠結合在自身啟動子的NBS順式元件上，激活自身基因表達。GhFSN1也能夠結合在其他靶基因GhFNS1、GhKNL1、GhMYBL1、GhGUT1、GhDUF231L1 和 GhIRX12啟動子的NBS順式元件上，調節這些下游基因的表達，參與棉纖維細胞次生壁發育的調控過程。分析表明，GhFSN1結合的順式元件為一個13-bp 序列 (consensus sequence, 命名為GhNBS)。GhFSN1蛋白通過泛素介導的蛋白酶體途徑降解，後翻譯修飾自身活性。上述研究揭示了GhFSN1作為轉錄激活因子正調控棉纖維細胞次生壁發育，影響纖維強度等品質性狀。此外，我們也深入研究了GhFSN1直接的下游靶基因GhKNL1和GhMYBL1。 LIM蛋白是肌動蛋白結合蛋白(ABP)的一個家族。我們的研究表明，GhXLIM6在棉纖維中優勢表達，定位於F-actin細胞骨架上和細胞核中。抑制GhXLIM6基因表達，棉纖維細胞發育遲緩，成熟纖維長度變短，細胞壁變薄。在棉纖維次生細胞壁發育階段，GhXLIM6作為轉錄因子，結合到啟動子順式元件PAL-box上而抑制GhKNL1基因表達，影響棉纖維細胞壁纖維素合成。 本項目在 New Phytologist 和 Plant Journal 等期刊上發表論文6篇，申請(或獲得)發明專利 2 項，圓滿完成了研究任務，取得重要研究進展，為揭示棉纖維細胞次生壁發育的轉錄調控機制提供了有價值的科學資料。
