棉花GhBSK1基因功能分析及其與棉纖維發育關係的研究

《棉花GhBSK1基因功能分析及其與棉纖維發育關係的研究》是朱生偉為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：棉花GhBSK1基因功能分析及其與棉纖維發育關係的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱生偉
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

油菜素內酯(BR)在棉花生長發育中具有重要作用。研究棉花BR信號轉導的分子機理對認識棉花生長調節機制和改良棉花纖維品質有著重大的理論和套用意義。我們在棉花中首次分離了擬南芥BSKs同源基因GhBSK1。預測的胺基酸序列與擬南芥BSKs相似性達70%,定位在細胞膜上，過表達GhBSK1基因可以抑制擬南芥BR不敏感突變體bri1-5矮小的表型，說明GhBSK1可能是棉花BR信號轉導中的保守組分，參與了BR的信號轉導和基因表達調控過程。本項目擬利用遺傳、分子和生化手段對GhBSK1的功能和作用機制進行研究，闡明GhBSK1在棉花生長發育中的作用和其介導BR調節基因表達的分子機制。研究結果將會完善對棉花BR信號轉導的認識，並探討通過直接增強BR反應改良棉花纖維的分子手段。建立一種新的利用改變激素信號轉導效率進行改良棉纖維的技術和方法。

結題摘要

油菜素甾醇類物質(brassinosteroids, BR)在棉花生長發育中具有重要作用。目前關於棉花BR 信號轉導途徑及其調節棉花生長發育的分子機理還不是十分清楚。在本研究中，我們克隆了棉花BR信號轉導途徑中重要組分GhBSK1（BSKs家族基因成員之一）。實驗結果表明GhBSK1基因表達受BR、高溫的誘導，在棉花的子葉、莖和棉纖維快速伸長期相對表達量較高。GhBSK1定位於細胞膜上，將其預測的膜定位相關位點（Gly-2）突變後，會導致GhBSK1膜定位發生改變並影響其功能。 利用VIGS方法抑制GhBSK1基因表達，導致棉花植株矮化、葉片變小，纖維變短，對高溫脅迫的耐受性降低。BR處理可部分恢復VIGS-GhBSK1棉花植株的耐熱性。在擬南芥（Col、bri1-5）中過表達GhBSK1基因，在高溫脅迫下可顯著增強轉基因植物對高溫脅迫的抗性。與對照相比，轉GhBSK1基因植株表現為生長較快、真葉數目最多、葉柄伸長。這些結果表明GhBSK1可能參與棉花對高溫脅迫的回響，在棉花生長發育過程中對高溫逆境適應中起到重要作用。為了進一步研究GhBSK1增強棉花耐熱性分子機制，利用酵母雙雜交系統篩選GhBSK1相互作用蛋白，獲得了1個GhBSK1互作蛋白--棉花液泡H+-ATPase（GhY6）並利用BiFC和Pull-down技術對GhBSK1與GhY6的相互作用進一步驗證。同樣， 利用VIGS方法抑制GhY6基因表達，也會影響棉花植株的正常生長，纖維變短，並降低棉花幼苗對高溫脅迫的耐受性；而在擬南芥（Col）中過表達該基因，可顯著增強轉基因植物對高溫脅迫的耐受性。這些結果表明GhBSK1參與棉花對高溫脅迫的回響，與GhY6相互作用在棉花生長發育過程中對高溫逆境適應中起到重要作用。 通過對BR與GhBSK1增加植物耐熱性的關係的研究，推測BR可能通過增加GhBSK1的表達量，促進其和GhY6互作，調節熱激轉錄因子、熱激蛋白以及ROS累計等，從而增加棉花對高溫逆境的耐受性。研究結果不但為棉花耐高溫育種提供有用的基因資源、為棉花BR信號轉導研究積累新的知識，還建立了一套利用改變激素反應進行棉花分子改良方法，培育耐高溫逆境的棉花種質資源，最終實現棉花增產優質具有重要的理論意義和套用價值。