棉花DGAT3基因對棉花胚珠發育的影響機制的研究

《棉花DGAT3基因對棉花胚珠發育的影響機制的研究》是依託西南大學，由梁愛敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：棉花DGAT3基因對棉花胚珠發育的影響機制的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：梁愛敏
• 依託單位：西南大學

項目摘要

棉花胚珠由不成熟的種子和發育中的纖維構成。種子和纖維通過株柄分配同化產物。二者在遺傳學上呈負相關性，目前有關棉纖維和種子發育的相互關係的分子基礎知之甚少。課題組從棉花基因組中克隆到兩個GhDGAT3家族基因（GhDGAT3-1、GhDGAT3-2）。GhDGAT3基因在菸草中超量表達時菸草種子含油量基本沒有變化，油脂的成分卻發生了變化（亞油酸和花生酸含量提高）。由於GhDGAT3隻在未成熟種子中表達，推測GhDGAT3在棉花胚珠的發育過程起著至關重要的作用，可能促進棉花纖維和種子協調發育。為了進一步研究並解析其原因和機制，本項目擬構建GhDGAT3基因的超量和反義抑制表達載體進行棉花遺傳轉化，通過對轉基因植株的不同時期的胚珠的發育情況來該基因對棉花胚珠發育的影響，來明確該基因在棉花胚珠發育中的功能，探索使棉花纖維和種子協調發育的閥門。本研究將為植物轉基因的研究提供新的基因材料和新思路。

結題摘要

本課題組已經順利完成項目中的實驗內容。主要研究成果如下：從陸地棉中克隆了兩個長度分別為585bp和811bp的GhDGAT3-1和GhDGAT3-2基因，這兩個基因序列的相似度為46%，表達量分析並選取開花後25DPA至35DPA時表達量達到高峰的GhDGAT3-1基因。將該基因融合在組成型啟動子35s，誘導型啟動子D113和特異性啟動子SCFP下在棉花中超量表達，結果顯示，與野生型相比，融合不同啟動子的轉基因植株在盛花期階段均表現為植株高大，葉面積增加，果枝長度增長，葉重和莖枝重增加，蕾鈴數增加，枝節間距變短，在盛鈴期階段，轉基因植株的平均結鈴數明顯增加。葉片中的葉綠素含量增加，提高了植株中CO2的同化作用，光合效率增強，籽指增大。糖和澱粉含量降低，可溶性蛋白含量增加。D113-GhDGAT3轉基因棉花的籽指和含油量增加顯著，分別增加了35和7個百分點，衣分和衣指降低，棉纖維長度無顯著變化。SCFP-GhDGAT3轉基因棉花的衣分和衣指增加（分別為2.5%和3%），種子含油量降低，對纖維細胞的起始具有促進作用。油脂、糖酵解及蛋白合成途徑中的關鍵基因分析結果顯示，超量表達GhDGAT3-1的轉基因植株中與油脂合成相關基因Oleosin1和Oleosin4表達顯著上調，分別比野生型提高了7倍和4倍。 同時也利用RNAi技術研究了35s啟動子控制下的抑制GhDGAT3基因在陸地棉中的表達對棉花纖維及棉籽含油量的影響。結果顯示下調棉花的GhDGAT3基因時，植株的高度沒有明顯變化，轉基因植株能正常結鈴，棉鈴變小、種子變大，含油量降低。籽指比野生型增加了25%，衣指增加了26%，T0 和T1代衣分及纖維增長。 抑制GhDGAT3-1的轉基因植株40DPA胚珠中油脂合成相關的基因FAD2, FAD3, FAD6, FAD7, KASI, KASII, PAP, ROD1,ACCase，Oleosin1和Oleosin4的表達結果顯示：FAD2、LPAAT、PAP、ROD1、ACCase、Oleosin1和Oleosin4的表達水平下調，其餘基因的表達水平上調。糖酵解途徑中的3個關鍵基因GPAC, PDHα, PFK表達結果顯示， GPAC、PDHα的表達水平明顯上調，而PFK的表達水平下調。蛋白質合成中的2個關鍵基因GPT, GS基因的表達水平均明顯下調。