《海島棉纖維強度相關基因的克隆與功能研究》是依託蘇州科技大學，由劉恆蔚擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：海島棉纖維強度相關基因的克隆與功能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉恆蔚
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
海島棉具有優良的纖維品質，發掘其纖維品質形成相關基因及其調控元件在分子育種中非常重要。纖維強度是目前纖維品質改良的重要目標之一，主要由纖維次生壁發育所決定。在前期研究中，我們在棉花上使用纖維發育次生壁加厚期轉錄組圖譜QTL定位，得到兩個棉纖維強度QTL（表型貢獻率分別為16.08 % 和 15.87 %），與其共分離的6個來自海島棉的TDF（Transcript-derived fragment）對應的苯丙氨酸解氨酶和磷脂醯肌醇激酶等6個基因被認為是纖維強度有關的候選基因。本研究擬以轉錄組圖譜QTL定位獲得的候選基因TDF為基礎，從海島棉和陸地棉中克隆相關基因，分析其在兩個棉種中的結構差異以及在棉纖維次生壁加厚期的表達差異動態，通過開發新的分子標記重新定位和模式植物遺傳轉化分析其功能，為研究相關基因對次生壁發育的作用提供分子證據，為改良棉纖維強度提供新的基因資源。
結題摘要
在前期研究中，使用纖維轉錄組圖譜QTL定位，得到兩個棉纖維強度QTL，與其共分離的6個來自海島棉的轉錄分離片段（TDF）所對應的基因被認為是纖維強度有關的候選基因。本課題的目的在於克隆相關基因並分析其功能，取得了相應的研究結果。利用電子克隆、RACE和Genome Walking技術相結合，獲得了纖維強度候選基因序列，明確了基因編碼產物，即磷脂醯肌醇-4-激酶（PI4K）、海藻糖6-磷酸合成酶（TPS）、類成束-阿拉伯糖蛋白5（FLA5）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、類纖維素合成酶（CslG）和轉錄因子MADS4。對各基因在調節纖維次生壁加厚（SCW）和纖維強度中的作用開展了針對性的研究。通過海島棉和陸地棉間序列比較和基因表達分析，證實PI4K、TPS、PAL和FLA5在纖維發育SCW期特異表達而起重要的調節作用，並在海陸種間主要存在與纖維強度形成相關的反式（Trans）調控差異。推測GbPI4K可能經過Rac蛋白調節磷脂醯肌醇（Phosphatidylinositol）信號通路而起作用，並通過亞細胞定位分析明確了GbPI4K在膜上起作用。結合基因表達分析和與41種植物FLA蛋白的進化分析認為FLA5屬於A亞類的阿拉伯糖蛋白，是植物細胞壁SCW發育的特異表達壁蛋白，可能通過調節纖維素的沉積而影響纖維強度。遺傳轉化結果說明，與野生型相比，轉正義GbPI4K和GbTPS基因的擬南芥表型差異不大，而轉反義GbPI4K擬南芥生長緩慢，莖桿斷裂強度顯著變小，根長變短，葉片變小；轉反義GbTPS基因的擬南芥發育異常。GbPI4K轉化陸地棉的結果說明，纖維長度和強度發生顯著改變，但在品種間差異較大（如冀棉20和Coker 312）。通過基因標記開發和QTLs定位的結果說明，PI4K和TPS基因本身的序列差異不是決定海島棉和陸地棉間纖維強度差異的關鍵。通過標記與性狀的關聯研究獲得了4個纖維品質性狀顯著相關的4個AFLP位點，並通過QTL元分析獲得1個與纖維強度性狀相關的一致性QTL。研究結果對於了解棉纖維發育過程中的基因表達與調控機制，次生壁加厚的分子機理，以及纖維強度分子改良相關基因資源的發掘具有重要意義。
