陆地棉叶形基因cu的图位克隆和功能验证

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棉花(Gossypium spp.)是世界上重要的经济作物和主要的油料作物之一,是天然纤维的最主要来源。植物叶片是植株进行光合作用和蒸腾作用的主要场所,是植物吸收光能存储养分的重要部位。棉花的叶形呈多样性,大部分为阔叶,少部分为裂叶和卷叶。杯状叶为叶形突变的一种典型类型,表型稳定,容易区分,在突变体库的构建和经典遗传学基因定位上具有重要作用。叶形突变体杯状叶最早在棉花上发现,其不但可以作为棉花育种的标记性状,减轻棉花杂交制种和鉴定过程,而且还可以作为叶片形态建成过程研究的理想材料。因此,研究棉花叶形突变体具有重要的理论和实践意义。在前期的研究中,本实验室利用陆地棉隐性多标记基因系T582与陆地棉遗传标准系TM-1杂交配制的陆陆种内分离群体组合,对杯状叶性状进行遗传分析研究,该基因为单基因控制的隐性性状。通过构建2个分离群体,(TM-1×T582)F2分离群体和(TM-1×T582)BC1F1分离群体对陆地棉隐性杯状叶cu基因进行精细定位,利用简单序列重复标记(Simple Sequence Repeat,SSR)标记和 InDel(Insertion-deletion)标记,将cu定位到标记K8997和K6875记之间,锚定在A11染色体88.10M-88.45M上,基因组物理距离为352kb,存在11个开放阅读框(Open Reading Frames,ORFs)。在本研究中,通过实时荧光定量(Quantitative real time PCR,qPCR)检测发现,在TM-1和T582叶片中有7个ORFs相对表达量存在显著性差异,在叶原基中有4个ORFs相对表达量存在显著性差异,只有TM-1中ORF9表达量高于T582。利用病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing,VIGS)技术,沉默陆地棉TM-1ORF9基因表达后,叶片表型由阔叶变为皱缩卷曲。石蜡切片分析结果显示沉默ORF9基因表达后叶片的栅栏组织和海绵组织结构发生变化,由有序紧密排列变得混乱疏松,且细胞大小不一,发生扭曲。同样,沉默新陆早45号和中棉所17号两种陆地棉中验证ORF9基因,叶片出现卷曲表型,进一步证明了 ORF9基因参与叶片的形态建成,特别是中-侧轴向结构的形成。因此,将ORF9命名为Ghcu。通过克隆TM-1和T582叶片中Ghcu基因,序列比对显示,存在25个碱基突变,导致了 5个氨基酸变异。Ghcu基因编码拟南芥 TCP-1 chaperonin family protein/chaperonin containing T-complex protein(CCT)的同源基因,属于分子伴侣家族基因。拟南芥cct8突变体表现为叶片边缘向上卷曲形似杯子,与棉花杯状叶突变体cu表型相似。有报道证明CCT8通过调控与叶形发育相关的KNOX1蛋白在细胞间的转运从而控制叶片近远轴的极性建立,因此推断Ghcu基因可控制棉花叶形发育。
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