棉纖維發(fā)育早期的轉錄調控機制研究.pdf

1、棉花是一種重要的經濟作物，棉纖維發(fā)育的調控機制一直是棉花研究的重點。前人研究表明，MYB類轉錄因子在棉纖維發(fā)育早期起著重要的調控作用，其中，R2R3-MYB類轉錄因子GhMYB25是棉纖維分化的關鍵正調控因子，其是否與其它轉錄因子共同組成調控纖維發(fā)育的新途徑還不清楚；R3-MYB類轉錄因子是表皮毛發(fā)育的負調控因子，棉花中該類轉錄因子尚待克隆分析和功能鑒定。此外，BR是一類調控棉纖維分化和細胞伸長的激素，但是其作用的具體機制還需要進一步分

2、析。
　　 為了研究棉花起始期的轉錄調控機制，本研究選取纖維品質最優(yōu)的海島棉作為主要研究對象，從基因克隆、進化分析、表達分析、蛋白與DNA互作、蛋白與蛋白互作、轉基因植物驗證功能等方面開展了一系列的工作，并取得了以下結果：
　　 一．GbML1結合L1盒并與GbMYB25互作共同調控纖維的起始發(fā)育
　　 本研究從棉花起始期的胚珠cDNA中通過RACE技術克隆了一個新的HD-Zip IV家族轉錄因子(GbML1)。

3、GbML1蛋白通過ZLZ結構域形成二聚體，并以HD結構域直接結合L1盒。GbML1能夠結合纖維特異表達基因RDL1的啟動子及其自身啟動子。GbML1與GbMYB25均在發(fā)育的胚珠中強表達，兩者都能定位于細胞核。GbML1通過START-SAD結構域特異地結合GbMYB25的C端，其中START結構域的空間結構對于蛋白互作有著重要影響。盡管GbML1是個弱激活子，但是GbMYB25的C2結構域具有強激活能力，因此GbML1與GbMYB25

4、組成了一個具有識別特異序列的強激活復合體，共同激活纖維特異基因的表達。擬南芥中過量表達GbML1增加了葉片及莖的表皮毛數量。因此，GbML1是新的控制纖維分化的關鍵轉錄因子。
　　 二．SANT/MYB類轉錄因子參與調控纖維的發(fā)育
　　 本研究還從早期發(fā)育的胚珠cDNA文庫中克隆了兩個SANT/MYB類轉錄因子，即GbRL1和GbRL2。
　　 GbRL1序列上與RAD基因比較相似，進化上屬于同一分支，在花瓣中表

5、達較強，且在擬南芥中過量表達的表型與過量表達AD基因類似，因此GbRLl很可能是RAD的同源基因。此外，GbRL1在纖維起始期的胚珠中的表達是纖維伸長期的8倍以上，在伸長期的棉纖維中也可以檢測到其表達，故GbRL1不僅參與花瓣的發(fā)育，還與胚珠及棉纖維的發(fā)育相關。啟動子克隆和分析表明，GbRL1可能受到控制花器官發(fā)育和開花時間控制的MADS盒轉錄因子及WUS基因的共同調控。
　　 與GbRL1相反，GbRL2在纖維起始期的胚珠中的

6、表達非常弱，在纖維伸長期逐漸增強，且在+8 DPA的胚珠中的表達強于纖維。GhRL2基因在Xu142及其無纖維突變體fl中的表達存在顯著差異。在-3 DPA時，GbRL2突變體中強表達，而在野生型中檢測不到其表達；在+5 DPA時，GbRL2在fl突變體弱表達，而在野生型里強表達，故GbRL2可能是纖維發(fā)育的負調控因子。GbRL2的啟動子除了具有MADS盒類轉錄因子的識別序列外，還具有L1盒，因此GbRL2可能還受到L1層調控基因如Gb

7、ML1的調控。
　　 三．SRN1參與調控植物的多器官發(fā)育過程
　　 SRN1是擬南芥油菜素內酯處理的特異響應基因，本研究顯示其編碼一個定位于細胞核的NAC轉錄激活因子。SRN1在維管組織中優(yōu)勢表達，在各器官的保衛(wèi)細胞及種子的表皮中也有較強的表達。抑制SRN1的表達導致葉和莖的發(fā)育異常和雄性育性降低。過量表達SRN1引起種子發(fā)育異常，子葉和葉片的色素積累增加，胚軸變短加粗，葉片伸展受到抑制，頂端優(yōu)勢受到抑制，器官發(fā)生融合