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棉纤维发育过程中糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系

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中国农业科学 2009年第1期42卷 93-102页

作者：冯营赵新华王友华马溶慧周治国南京农业大学/农业部作物生长调控重点开放实验室

【目的】研究棉纤维发育过程中的糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系,探索改善棉纤维比强度的生理调控技术途径。【方法】以美棉33B(AC-33B)和科棉1号(KC-1)为材料,设置大田氮素水平0kg N·hm-2(缺氮)、240kg N·hm... 详细信息

【目的】研究棉纤维发育过程中的糖代谢生理特征对氮素的响应及其与纤维比强度形成的关系,探索改善棉纤维比强度的生理调控技术途径。【方法】以美棉33B(AC-33B)和科棉1号(KC-1)为材料,设置大田氮素水平0kg N·hm-2(缺氮)、240kg N·hm-2(适氮)和480kg N·hm-2(高氮)试验,研究3个氮素水平下棉纤维发育过程中糖代谢的重要物质(蔗糖和β-1,3-葡聚糖)含量变化、调节糖代谢的相关酶(蔗糖酶、蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶及β-1,3-葡聚糖酶)活性的动态变化和纤维比强度形成的关系。【结果】两年试验结果表明,在240kg N·hm-2水平下,棉纤维中的蔗糖酶活性最高,可长时间地为棉纤维发育提供一个充足的物质能量库,蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶活性最高,促使纤维发育过程中铃龄5～24d的蔗糖下降量及24～31d蔗糖增长量最大,并且全铃期内转化率高且转化彻底,β-1,3-葡聚糖酶活性高,使含量及峰值高的β-1,3-葡聚糖中后期转化彻底,因此,此水平下棉纤维发育过程中蔗糖和β-1,3-葡聚糖含量的上述动态变化,有利于纤维素平缓累积且累积期长,与高强纤维的形成需要的纤维素累积特征相吻合;而在0kg N·hm-2水平下,棉纤维发育过程的糖代谢生理特征与上述表现刚好相反,最终纤维素累积过快且累积期短,形成低强纤维;480kg N·hm-2水平则介于上述两者之间。【结论】棉纤维发育过程糖类物质代谢生理特征在0、240、480kgN·hm-2水平间存在明显差异,该差异是导致纤维最终比强度形成不同的重要因素。在240kg N·hm-2水平下,上述糖代谢相关酶活性变化及糖类物质供给更为优化,更有利于高强纤维的形成。

关键词：棉花棉纤维发育糖代谢氮素纤维比强度

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新疆棉区的气温和棉纤维发育关系的研究

棉花学报 1991年第1期3卷 32-52页

作者：过兴先曾伟苏玉兰中国科学院自然资源综合考察委员会

本研究1984～1989年在石河子、莫索湾、博乐、库尔勒、库车、阿拉尔、麦盖提、喀什和吐鲁番进行。1988年并在北京进行试验。6年结果表明,新疆各地6月至9月上旬气温条件甚为优越,适于棉铃良好发育。9月起气温下降快,其特点有三:一是白天... 详细信息

本研究1984～1989年在石河子、莫索湾、博乐、库尔勒、库车、阿拉尔、麦盖提、喀什和吐鲁番进行。1988年并在北京进行试验。6年结果表明,新疆各地6月至9月上旬气温条件甚为优越,适于棉铃良好发育。9月起气温下降快,其特点有三:一是白天的气温保持相当高;一天内气温≥20℃的时间逐渐减少;夜间气温下降急剧。各地从9月中旬至10月上旬的某一时期起,夜温过低成为纤维发育的限制因子。夜温过低对纤维强度和细度的影响大于长度。夜温过低降低棉叶中淀粉的降解和输出率,减少棉纤维发育所需的糖源,从而影响纤维发育。总之,各地早期、中期吐絮的棉铃纤维发育好,品质优良。北疆8月初、南疆8月中、东疆吐鲁番8月下旬开花的棉铃纤维发育不正常,品质差。南疆有的年份有的地方8月中旬开花的棉铃纤维发育仍好,也有8月初开花的棉铃纤维就不能正常发育。

关键词：棉纤维发育 9月降温夜温温度

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基因型在胚珠继代培养过程中对棉纤维发育的影响

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棉花学报 2002年第5期14卷 259-263页

作者：杨佑明徐楚年周海鹰贾君镇中国农业大学作物学院北京100094 中国农业大学应用化学学院北京100094

比较了 1 2个基因型在胚珠继代培养过程对棉纤维发育的影响 ,结果表明 ,纤维干重和纤维长度、精细、胞壁厚度等指标因基因型的不同而存在显著差异。其中 ,长德 1 84和肖县 1 3 3的纤维长度、显著大于其他基因型的 ,分别为 3 1 . 5、3 0 ... 详细信息

比较了 1 2个基因型在胚珠继代培养过程对棉纤维发育的影响 ,结果表明 ,纤维干重和纤维长度、精细、胞壁厚度等指标因基因型的不同而存在显著差异。其中 ,长德 1 84和肖县 1 3 3的纤维长度、显著大于其他基因型的 ,分别为 3 1 . 5、3 0 . 7mm;中棉所 2 3、湘 88-2 3 8、长德 1 84的细胞壁厚度显著大于其他基因型的 ,分别为 3 . 2 5、3 . 2 3、3 .2 1μm;湘 83 -2 3 8、长德 1 84的纤维成熟度分别为2 . 1 1、1 . 94。因此 ,可根据研究目标选用适当的基因型。

关键词：棉纤维发育棉花基因型胚珠继代培养

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GhMYBL2磷酸化修饰参与棉纤维发育的分子机制研究

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GhMYBL2磷酸化修饰参与棉纤维发育的分子机制研究

作者：程帆华中师范大学

学位级别：硕士

棉花是我国重要的经济作物之一,培育高产优质棉花品种,对提高我国棉花产品竞争力,促进我国棉花产业可持续健康发展有着重要意义。研究揭示棉纤维发育的遗传机制,可为棉花纤维品质改良提供重要的理论依据。作为植物大型转录因子家族之一,... 详细信息

棉花是我国重要的经济作物之一,培育高产优质棉花品种,对提高我国棉花产品竞争力,促进我国棉花产业可持续健康发展有着重要意义。研究揭示棉纤维发育的遗传机制,可为棉花纤维品质改良提供重要的理论依据。作为植物大型转录因子家族之一,MYB(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog)类转录因子广泛参与棉纤维起始、伸长以及次生壁的增厚等过程中。本实验室在先前研究中鉴定了一个在棉纤维伸长发育中发挥正调控作用的MYB转录因子—GhMYBL2(MYB-like2),该蛋白存在多个潜在的MAPK(mitogen-activated protein kinase)磷酸化位点,暗示着该蛋白的功能可能受到MAPK级联磷酸化调控。基于此,本文对MAPK介导的GhMYBL2磷酸化参与棉花纤维发育的分子机制进行了深入研究。主要获得的研究结果如下:***2互作MAPK蛋白的筛选鉴定通过基因表达模式分析,本研究发现Gh MAPK3/5/6/6a/13/16/23/26的表达模式与GhMYBL2相似,均存在共表达现象。体内LCI(萤火虫荧光素酶片段互补图像技术)验证Gh MAPK3/5/6/6a/23与GhMYBL2之间均存在相互作用,且GhMAPK6a与GhMYBL2相互作用最强;体外Pull-down实验也验证了GhMAPK6a与GhMYBL2的互作。***6a磷酸化GhMYBL2第63位和第158位的丝氨酸为了检测GhMAPK6a对GhMYBL2的磷酸化作用,本研究采用体外磷酸化实验及Zn-Phos-tag SDS-PAGE实验证实了GhMAPK6a能够在体外磷酸化GhMYBL2蛋白。序列分析结果显示,该蛋白第63位及158位的潜在MAPK激酶磷酸化位点在各物种的同源蛋白中是保守的,意味着这两个位点可能是GhMAPK6a的磷酸化位点。进一步利用点突变技术及原核表达系统,本研究分别获取了第63位丝氨酸突变成丙氨酸的GhMYBL2、第158位丝氨酸突变成丙氨酸的GhMYBL2和第63位及第158位丝氨酸都突变为丙氨酸的GhMYBL23种磷酸化位点突变蛋白。随后对其进行了体外磷酸化及Zn-Phos-tag SDS-PAGE实验,结果显示这两个位点突变后,GhMYBL2的磷酸化程度明显降低,说明GhMAPK6a磷酸化GhMYBL2的磷酸化位点主要是63位和158位。***2磷酸化能够增强其蛋白稳定性本研究分别从亚细胞定位、蛋白稳定性、与靶DNA结合的能力及与互作蛋白的结合能力四个方面探究了GhMYBL2的磷酸化调控其功能的分子机制。亚细胞定位分析表明GhMYBL2、GhMYBL2、GhMYBL2和GhMYBL24种蛋白均定位于细胞核,说明GhMYBL2的磷酸化不影响其核定位。Cell-free体外降解实验表明,GhMYBL2通过泛素介导的26s/蛋白酶体途径进行降解,且当其磷酸化位点突变后降解速度加快,说明了GhMYBL2第63位及158位Ser的磷酸化会增强其蛋白的稳定性。磷酸化位点突变型蛋白与靶DNA基序进行EMSA(凝胶迁移或电泳迁移率实验)显示,它们均能与靶标DNA结合,且结合程度没有明显变化,说明GhMYBL2的磷酸化不会影响蛋白与DNA的结合能力。此外,酵母双杂交实验结果表明,磷酸化位点突变与否不影响GhMYBL2蛋白与其互作蛋白Gh TPL3/4的结合。***6a参与棉纤维伸长发育为了探究GhMAPK6a是否参与棉纤维伸长发育,本研究利用VIGS(病毒诱导的基因沉默技术)在棉花中抑制GhMAPK6a的表达,纤维长度测量统计分析发现,与对照相比,TRV2:GhMAPK6a植株的成熟棉纤维的长度明显变短,说明GhMAPK6a正调控棉纤维伸长发育。为了对GhMAPK6a的功能进行进一步的研究,本研究利用CRISPR-Cas9技术创建GhMAPK6a功能丧失型棉花突变体植株,目前已经得到部分转基因植株。初步观察发现这些棉花植株较矮小,且在一定程度上失去了顶端优势,但其棉纤维发育是否受到影响仍有待后续研究。

关键词：棉花棉纤维发育 MYB转录因子丝裂原活化蛋白激酶(MAPK) 蛋白质磷酸化

BCP-CrRLK-RALF蛋白互作在陆地棉纤维发育中的分子机制研究

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BCP-CrRLK-RALF蛋白互作在陆地棉纤维发育中的分子机制研究

作者：张金凤华中师范大学

学位级别：硕士

棉花是全球范围内栽培的重要经济作物。棉纤维是纺织工业的重要原料,其品质直接影响纺织品的质量。陆地棉产量约占所有种植棉花的95%,因此全面了解陆地棉纤维发育的分子机制,对其纤维品质改良有重要意义。之前本课题组研究发现,蓝铜蛋白... 详细信息

棉花是全球范围内栽培的重要经济作物。棉纤维是纺织工业的重要原料,其品质直接影响纺织品的质量。陆地棉产量约占所有种植棉花的95%,因此全面了解陆地棉纤维发育的分子机制,对其纤维品质改良有重要意义。之前本课题组研究发现,蓝铜蛋白GhBCP4在调控纤维发育方面起重要作用。GhBCP4是定位于细胞外的小分泌蛋白,过量表达GhBCP4可以促进纤维伸长,而GhBCP4沉默株系中,纤维长度显著变短。荧光素酶互补成像(LCI)实验结果表明,GhBCP4能分别与CrRLK1L型类受体蛋白激酶GhCrRLK1、GhCrRLK3发生相互作用。本文在此研究基础上,探究了GhBCP4、GhCrRLK1、GhCrRLK3在棉花纤维发育中可能存在的分子机制,结果如下:1、GhBCP4通过调控纤维素合酶基因的表达参与棉纤维次生壁的发育棉纤维RNA-Seq数据显示,在GhBCP4过量表达植株的棉纤维中,次生壁发育相关的纤维素合酶基因Gh Ces A4、Gh Ces A7、Gh Ces A8的表达量均显著下调,而在GhBCP4-RNAi植株纤维中,Gh Ces A4/7/8的表达量均显著上调。纤维石蜡切片观察结果显示,GhBCP4-OE植株纤维细胞的次生壁厚度明显低于野生型,而RNAi植株的纤维次生壁厚度显著高于野生型。qRT-PCR结果也显示,GhBCP4-RNAi植株纤维中,纤维素合酶基因的表达量基本都高于WT,并且表达时间有所提前。这些结果表明,GhBCP4可能通过调控纤维素合酶的表达,参与纤维细胞次生壁的发育,从而影响纤维长度。2、GhCrRLK1、GhCrRLK3分别能与GhBCP4相互作用LCI和酵母双杂交实验结果均显示GhCrRLK1和GhCrRLK3的胞外结构域均与GhBCP4存在较强的相互作用,这表明GhBCP4可能通过与GhCrRLK1、GhCrRLK3的互作将胞外信号传递到胞内,再通过调节下游基因的表达来影响纤维发育。3、VIGS分别诱导GhCrRLK1和GhCrRLK3沉默的棉花植株纤维显著变短qRT-PCR结果显示,GhCrRLK1、GhCrRLK3在伸长期的棉纤维中表达量较高,亚细胞定位分析发现GhCrRLK1和GhCrRLK3蛋白在细胞膜和细胞核均有分布。利用VIGS(病毒诱导的基因沉默)技术获得了GhCrRLK1和GhCrRLK3单独沉默的转基因棉花植株,棉纤维长度测量结果显示,GhCrRLK1/3沉默植株的纤维长度均显著低于阴性对照植株。通过观察成熟棉纤维的石蜡切片,发现GhCrRLK1/3沉默植株纤维细胞的次生壁厚度与阴性对照植株存在显著差异,明显增厚。此外,在GhCrRLK1沉默植株中,Gh Ces A4/7的表达量显著高于阴性对照组;在GhCrRLK3沉默植株中,Gh Ces A4/7/8的表达量显著高于阴性对照组,并出现了表达时间提前的现象。上述结果暗示着GhCrRLK1、GhCrRLK3可能与GhBCP4互作,协同调控纤维素合酶的表达,参与棉纤维次生壁的合成。4、GhCrRLK1、GhCrRLK3都能与GhFSN1相互作用为探究GhCrRLKs调控棉纤维次生壁发育的信号传导途径,我们检测了几个已知的参与次生壁发育的转录因子与GhCrRLKs之间的相互作用。LCI及酵母双杂交实验结果显示,GhCrRLK1、GhCrRLK3的胞内激酶结构域都能与NAC型转录因子GhFSN1互作,而不能与GhKNL1、GhTCP4、GhMYB46互作。GhFSN1同源蛋白GhFSN2、GhFSN3、GhFSN4、GhFSN5也能与GhCrRLK1/3发生相互作用,而GhFSN6不能。上述结果表明,GhCrRLKs可能通过调控GhFSNs的磷酸化水平,调节其活性,从而调控棉纤维次生壁的发育。5、GhRALFs可能作为GhCrRLK1、GhCrRLK3的配体共同调控棉花纤维发育已知定位于胞外的小分泌肽细胞快速碱化因子(RALFs)可以作为CrRLKs的配体发挥功能。我们在棉花基因组中筛选到了12个GhRALF基因,其中9个在纤维伸长期表达量较高,3个在纤维次生壁合成与加厚期表达量较高。LCI及酵母双杂交实验结果显示,GhCrRLK1、GhCrRLK3、GhBCP4蛋白只特异性地与GhRALFL33和GhRALFL34这两类RALFs互作,与GhRALFL24、GhRALFL31均不存在相互作用。综上所述,我们得到了GhBCP4、GhCrRLKs、GhRALFs共同调节陆地棉纤维发育可能的分子机制。在细胞外,类受体蛋白激酶GhCrRLK1/3的胞外结构域(ECD)能够识别并结合GhBCP4和GhRALFL33/34,将信号传递到细胞内;GhCrRLK1/3的胞内激酶结构域(KD)能与NAC型转录因子GhFSN1相互作用,通过磷酸化GhFSN1调节

关键词：棉纤维发育蓝铜蛋白(BCP) 长春花类受体蛋白激酶(CrRLK) 次生壁沉积 GhFSN1 胞快速碱化因子(RALF)

转录因子GbSPL31/59/16在棉纤维发育中的作用

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转录因子GbSPL31/59/16在棉纤维发育中的作用

作者：周涛三峡大学

学位级别：硕士

棉花是全球重要的经济作物之一,在全球经济发展中占有重要地位。棉纤维的生长发育影响棉花的产量与品质,但棉纤维发育的分子机制尚不清楚。调控纤维发育的转录因子是参与棉纤维发育的一类重要基因,挖掘参与棉纤维发育的关键基因,是纤维... 详细信息

棉花是全球重要的经济作物之一,在全球经济发展中占有重要地位。棉纤维的生长发育影响棉花的产量与品质,但棉纤维发育的分子机制尚不清楚。调控纤维发育的转录因子是参与棉纤维发育的一类重要基因,挖掘参与棉纤维发育的关键基因,是纤维品质改良的重要途径。已有研究表明,转录因子SPL参与植物表皮毛、花期调控、成花转变等发育过程。基于本课题组前期不同发育时期海岛棉的转录组数据分析发现转录因子SPL可能参与调控棉纤维的发育,本研究对海岛棉SPL基因家族进行了鉴定与分析,克隆获得关键候选基因GbSPL59、GbSPL16和GbSPL31的编码区全长,同时对它们分别进行基因功能验证。具体研究结果如下:1.海岛棉SPL基因家族的分析从海岛棉中共鉴定出59个GbSPLs基因,它们分布于20条染色体上,分属于7个不同的进化分枝,不同进化分枝的成员外显子组成差异较大,但亲缘关系较近的GbSPLs基因具有相似的外显子结构组成。GbSPLs蛋白存在3个保守的基序。片段复制是GbSPL基因家族扩张的主要因素。转录组数据分析结果表明9个GbSPLs基因(GbSPL31/5/8/11/16/20/46/59/21)在棉纤维发育的同一阶段与其它基因相比表现出明显的表达特异性。利用q RT-PCR技术验证这9个GbSPLs基因以及来自不同进化分枝,基因结构有差异的7个GbSPLs基因在纤维发育过程中的表达模式,结果发现GbSPL31/5/6/9/11在棉纤维发育的起始期、伸长期和成熟期高表达,而在次生壁加厚期低表达;GbSPL16/46/7/8/10在起始期和成熟期高表达;GbSPL59在伸长期高表达;GbSPL20在起始期和伸长末期高表达;GbSPL21在伸长末期和成熟期表达;GbSPL28/42仅在起始期表达;GbSPL23仅在成熟期表达。结合表达模式分析结果、基因结构特征以及前人相关研究,推测GbSPL31、GbSPL16和GbSPL59可能参与棉纤维的发育调控。2.海岛棉GbSPL31/59/16基因的克隆与亚细胞定位模式分析克隆了GbSPL31、GbSPL59和GbSPL16基因的CDS全长,CDS全长分别为3246 bp、549 bp和984 bp。亚细胞定位结果显示GbSPL31、GbSPL59和GbSPL16编码的蛋白均定位于细胞核、细胞质和细胞膜中。3.海岛棉GbSPL31/59/16基因的功能分析通过比较分析转基因植株与野生型植株的表型差异,发现GbSPL59和GbSPL16的转基因拟南芥均未发生明显的表型变化;而GbSPL31的转基因拟南芥却出现了明显的表型变化,表现为叶片、叶柄、茎上的表皮毛均发生明显增多和增长,且在花柄、雌蕊以及萼片的内侧均出现了表皮毛。实时荧光定量发现赤霉素合成关键基因GbGA20ox在纤维发育过程中的表达趋势与GbSPL31一致,推测GbGA20ox可能通过影响棉纤维中赤霉素的含量进而实现对GbSPL31的表达调控,从而最终实现对棉纤维发育的调控。综合以上研究结果,我们推测GbSPL31基因可能在棉纤维的起始和伸长过程中发挥着促进作用,这一研究结果为解析棉纤维的发育调控机制奠定了一定的基础。

关键词：海岛棉 SPL基因棉纤维发育家族鉴定

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棉纤维发育过程中基因表达的研究进展

生物学杂志 1998年第1期15卷 5-7,12页

作者：陈松周宝良吴敬音江苏省农业科学院经济作物研究所江苏省农业科学研究院生物遗传生理研究所

棉纤维发育过程中基因表达的研究进展陈松周宝良（江苏省农业科学院经济作物研究所，南京２１００１４）吴敬音（江苏省农业科学研究院生物遗传生理研究所，南京２１００１４）前言棉纤维是由胚珠表皮细胞经过分化、伸长、次生壁加厚... 详细信息

棉纤维发育过程中基因表达的研究进展陈松周宝良（江苏省农业科学院经济作物研究所，南京２１００１４）吴敬音（江苏省农业科学研究院生物遗传生理研究所，南京２１００１４）前言棉纤维是由胚珠表皮细胞经过分化、伸长、次生壁加厚等一系列过程发育形成的，其发育过程...

关键词：棉花棉纤维发育基因表达

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棉纤维发育相关基因RDL1的研究

棉纤维发育相关基因RDL1的研究

棉纤维发育优势表达及伸长必需的基因GhACT1

全国植物分子育种学术研讨会

作者：王凌健徐冰缑金营上官小霞陈晓亚中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所

棉花是一种重要的经济作物,棉纤维是纺织工业重要的原材料。棉纤维发育是一个高度程序化的调控过程,提高棉纤维的品质是棉花育种研究的一个主要目标,研究棉纤维发育及其相关基因表

关键词：棉纤维发育细胞伸长胚轴分析组织力学 RDL1基因

来源： cnki会议评论

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棉花学报 2002年第z1期14卷 58-页

作者： Xue-bao LI Institute of Molecular Agrobiology 1 Research Link National University of Singapore 117604 Singapore

　　Each fiber of cotton (Gossypium hirsutum) is a single epidermal cell that rapidly elongates to 2.5 ～3.0 cm from ovule surface within about 16days after anthesis. A large number of genes are required for fiber differentiation and development, but it is unknown how these genes control and regulate the process of fiber development.　　……

关键词：棉纤维发育优势表达