棉花GhbZIP11A04在纤维发育中的功能研究
作者单位：西南大学
学位级别：硕士
导师姓名：张正圣
授予年度：2022年
摘 要：棉花是重要的经济作物。20世纪初棉纤维成为世界最主要的衣着原料和纺织原材料来源。近年来,耕地面积逐渐减少,粮棉争地等一系列问题导致我国植棉面积逐渐下降,因此,提高产量仍然是现阶段棉花育种的重要目标之一。衣分是构成棉花产量的主要因素之一,普遍认为衣分与纤维品质为负相关关系,二者都由多基因调控且易受环境影响。传统育种在提升棉花产量方面取得了很大进步,但传统育种方法存在周期长、效率低等问题。因此,将现代分子育种技术应用于棉花产量提升和品种改良具有重要意义。本研究在全基因组范围分析陆地棉内碱性亮氨酸拉链蛋白(basic leucine zipper,bZIP)家族基础上,鉴定到一个在纤维中优势表达的GhbZIP11基因。通过时空表达、亚细胞定位以及转录激活分析等实验解析了该基因的转录特性,并通过棉花和拟南芥的遗传转化实验,探究了该基因对植物表皮毛以及纤维发育的影响,主要研究结果如下:1.陆地棉bZIP家族基因鉴定在陆地棉全基因组范围内共鉴定到224个bZIP转录因子,其中105个位于A亚组,112个位于D亚组,7个位于Scaffold上。bZIP基因在26条染色体上呈现不均匀分布,其中A05染色体和D05染色体上各包含15个bZIP基因,居26条染色体首位。系统发育分析可将bZIP基因划分为Ⅰ～Ⅶ共7个亚家族,每个亚家族分别包含31、27、16、13、13、23和101个基因。bZIP家族基因全长315～8814bp,外显子长度204～2448bp,外显子个数1～18;编码氨基酸长度68～815aa,相对分子量8.03～92.37KDa,等电点4.36～11.25。所有基因均编码亲水蛋白,仅4个具有跨膜结构域。绝大多数bZIP蛋白分布在细胞核内。***家族基因表达模式分析对已公开的陆地棉遗传标准系TM-1中bZIP家族基因在不同组织器官的时空表达数据分析发现,不同亚家族间基因表达模式差异较大。大部分亚家族Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ基因几乎在所有组织和时期表达,亚家族Ⅲ基因主要在根系表达,亚家族Ⅵ、Ⅶ部分基因广泛表达于不同组织和时期,而部分基因则普遍低或无表达。***11的表达与生物信息学分析亚家族Ⅱ基因bZIP11(GhbZIP11,GhbZIP11)在棉花根、茎、叶、花瓣、纤维及胚珠等器官中均有表达,且在开花后20天左右的胚珠及纤维表达量显著高于其它组织和时期。进一步分析实验室4个陆地棉材料不同发育时期纤维的转录组数据,同样发现bZIP11在20天纤维优势表达,表明bZIP11可能对纤维发育具有调控作用,后续选择位于A亚基因组的GhbZIP11进行分析。GhbZIP11基因组序列和cDNA序列分析显示,GhbZIP11基因总长474bp,由1个外显子组成。GhbZIP11编码157个氨基酸的亲水性蛋白,无跨膜结构。经过SMART数据库分析显示,GhbZIP11蛋白含有一个亮氨酸拉链结构域(basic region leucin zipper,BRLZ)和一个与之部分重叠的Coils结构域。***11的亚细胞定位与转录激活分析构建GhbZIP11+GFP融合载体并将其转入烟草叶片进行瞬时表达,结果表明GhbZIP11蛋白位于细胞核。将pGBKT7-GhbZIP11及pGADT7空载共转化酵母Y2H菌株,发现pGBKT7-GhbZIP11基因能够激活所有报告基因,表明GhbZIP11可能作为细胞中的转录激活因子。5.拟南芥的遗传转化及分析构建35S:GhbZIP11超表达载体转化野生型拟南芥,成功获得4个高表达GhbZIP11的阳性拟南芥转化子,4个超表达拟南芥植株表皮毛较野生型显著增加。6.棉花的遗传转化及分析构建35S::GhbZIP11超表达载体转化棉花品系J668。4个GhbZIP11超表达转基因材料的衣分和衣指较J668显著增加,纤维长度则显著降低,子指、断裂比强度、马克隆、纤维长度整齐度和纤维伸长率等性状没有明显变化。
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