《WRKY轉錄因子調控棉花纖維發育的分子機制研究》是依託華中師範大學，由李揚擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：WRKY轉錄因子調控棉花纖維發育的分子機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李揚
- 依託單位：華中師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
棉花是重要的經濟作物。研究闡明棉纖維發育的調控機制，對於改良棉纖維品質具有重要意義。WRKY是植物特有的一類轉錄因子，參與植物發育和抗逆應答等過程，但其對棉纖維發育的調控，尚未見報導。我們在前期工作中鑑定了2個WRKY蛋白(GhWRKY12/16)，它們在棉花纖維細胞起始和伸長過程中均有較高的表達量，進一步研究表明它們在棉纖維發育過程中發揮調控作用。在前期工作的基礎上，本項目擬採用多種技術方法(如：棉花轉化和離體胚培養、電鏡分析、酵母雙雜交、pull down、BiFC、RNA-seq、EMSA、ChIP-PCR等)，系統探討棉花WRKY12/16轉錄因子在纖維細胞發育中的生物學功能及其對纖維品質性狀的影響，探討它們對下游靶基因(蛋白)的調控方式，揭示WRKY介導的棉纖維發育的信號調控途徑。本項目研究將有助於深入了解棉纖維發育的分子調控機制，也可為棉纖維品質改良提供理論依據和基因元件。
結題摘要
棉花是我國重要的經濟作物，在經濟生產中具有舉足輕重的作用。探討棉纖維細胞起始和伸長的分子調控機理，對提高棉纖維品質具有重要的理論意義和實踐價值。WRKY轉錄因子是植物中重要的調控蛋白，在植物生長發育和逆境應答中發揮重要的調控作用。但是，該家族蛋白在棉花纖維發育中的生物學功能及調控作用尚未有報導。我們在前期工作中發現GhWRKY16在棉纖維細胞中優勢表達，可能參與纖維細胞起始分化和伸長發育過程的調控。在此基礎上，我們通過觀察比較GhWRKY16 RNAi轉基因棉花與野生型棉花胚珠表面的纖維細胞起始，比較不同發育時期轉基因棉花與野生型纖維長度差異，評估GhWRKY16對棉纖維起始和伸長發育的影響。研究結果表明，抑制GhWRKY16表達導致胚珠表面纖維細胞凸起數目變少，纖維生長速度變慢，纖維最終長度變短。這說明GhWRKY16可能在棉纖維起始和發育中發揮正調控作用。通過RT-PCR技術在轉基因棉纖維中檢測可能與表皮毛起始分化、細胞極性生長、細胞膨脹、初生壁合成及纖維快速生長相關基因的表達變化，結合WRKY類轉錄因子所結合的順式作用位點（W-box）結構特點，鑑定了2個候選靶基因—GhWT1和GhWT2。隨後，我們用EMSA及Chip-PCR實驗證實了GhWRKY16能夠直接結合到它們啟動子的W-box上。雙螢光素酶實驗結果顯示，GhWRKY16能夠激活這些下游靶基因的轉錄活性，說明GhWRKY16可以直接正調控GhWT1和GhWT2的表達。利用酵母雙雜交系統篩查能夠與GhWRKY16相互作用的蛋白，鑑定了一個能夠與GhWRKY16互作的MAPK蛋白，利用pull-down和雙分子螢光互補實驗驗證了它們之間的相互作用。而且，GhWRKY16能夠被該MAPK蛋白磷酸化，這意味著GhWRKY16對下游基因的調控可能受到MAPK蛋白對其磷酸化的影響。綜上所述，通過本項目研究，我們揭示了WRKY16轉錄因子調控棉纖維起始和伸長發育的作用機制，為棉纖維發育調控的理論研究及纖維品質改良提供了重要的科學資料。此外，我們還對一個葉片優勢表達的棉花WRKY蛋白（GhWRKY33）和一個花葯特異表達的棉花WRKY轉錄因子（GhWRKY22）的功能進行了研究探討，結果表明GhWRKY33通過ABA信號通路參與植物逆境脅迫應答，GhWRKY22通過JA信號通路參與調控棉花花葯發育。
