微管是真核细胞的主要细胞骨架之一，它主要包含微管蛋白(tubulin)，是由高度保守的α-tubulin和β-tubulin亚基组成的一种异源二聚体蛋白。在高等植物细胞中周质微管可以限定细胞质膜上纤维素合成酶复合体的移动方向，从而指导微纤维的生成方向，控制细胞壁中纤维素的沉积，实现细胞的形态建成。 棉花是一种重要的由种子产生纤维的农作物。棉花纤维是由棉花胚珠外珠被的表皮细胞分化发育而成的单细胞结构。它的形成通常被分为四个相互有重叠的时期：纤维起始，细胞伸长，次生壁沉积和成熟期，历时50天左右。在其细胞快速伸长阶段，需要周质微管及细胞壁持续生成，因此推测tubulin会有大量转录和转录。 为了大规模获得棉花tubulin家族基因，我实验室测定了棉花纤维发育起始和细胞伸长期的两个cDNA文库，总共包含110，303个EST。发现795个EST可能属于tubulin基因家族。而已经报道的在纤维细胞发育中有明显高调的脂转移蛋白(LTP)、E6、expansin以及持家基因UBQ等基因家族在上述cDNA文库搜索到的EST分别为501、674、414和1540个。说明在纤维细胞发育过程中有大量的tubulin基因被转录。 对795个tubulin的EST序列进行聚类分析，并用RACE方法扩增全长cDNA，再用5’和3’引物再次扩增全长cDNA，以保证棉花转录组中确实存在这些转录体，去掉可能的A、D基因组之间的干扰，最终获得33个独立的全长tubulin基因。在12个α-tubulin，19个β-tubulin和2个丫-。tubulin亚家族中，包含了目前为止已经报道的10个棉花tubulin基因(3个α-和7个β-tubulin)。通过本研究新发现9个α-，12个β-和2个γ-tubulin基因。 用开花当天(0 DPA)的野生型胚珠、无毛突变体(f1)胚珠，开花后十天的野生型的纤维(fiber 10 DPA)和fl开花后十天胚珠的cDNA作模板，用半定量RT-PCR方法分别检测了33个tubulin基因的转录情况。结果发现16个tubulin基因在这四种材料中均有转录且转录水平无明显差异，有17个tubulin基因在这四种材料中转录水平存在较明显的差异。对这17个tubulin基因在不同组织和不同纤维发育时期的转录情况作了实时定量PCR分析。发现这17个tubulin基因可以分成六类不同的转录模式，除一个tubulin基因(GhTUB16)没有在纤维细胞中检测到其转录子，其他16个tubulin基因与胚珠相比在纤维细胞中的转录水平都有所增加，其中8个tubulin基因在纤维细胞中的转录水平有显著增加(比值大于5)，且2个α-tubulin和2个β-tubulin基因在快速伸长的纤维细胞中有极显著高调(与0天胚珠相比比值大于50，并且最大转录水平为UBQ7的3倍以上)，推测这些迅速累积的tubulin转录子可能对纤维细胞的快速生长有重要的生理意义。植物激素赤霉素(GA)、油菜素内酯(BR)和乙烯等有促进纤维细胞伸长的作用，因此又检测了在纤维细胞中转录显著增加的8个tubulin基因对这些激素的响应情况。结果发现GA处理72小时后诱导2个α-tubulin和2个β-tubulin基因的上调，乙烯能诱导2个α-tubulin和3个β-tubulin基因的上调，BR能诱导1个α-tubulin和2个β-tubulin基因的上调。此外，外源使用C24(一种超长链脂肪酸)能诱导1个α-tubulin和1个β-tubulin基因的上调。短时间(6个小时)的外源激素或C24处理，没有对这些微管蛋白的转录水平产生影响。利用酿酒酵母α-tubulin(tub1△)和β-tubulin(tub2A)突变体对这8个tubulin(3个α-tubulin和5个β-tubulin)基因编码的蛋白进行初步的功能验证。结果发现3个棉花α-tubulin能互补酿酒酵母tub1△，而5个棉花β-tubulin都能互补酿酒酵母tub2A，说明这些棉花tubulin可能参与微管骨架的组成，是有功能的蛋白。 本文通过研究棉花33个tubulin家族基因的转录谱发现其中8个基因不但在纤维细胞中有优势转录，而且还能被促进纤维生长的植物激素进一步诱导，提高其转录水平。这些基因编码的功能蛋白能够在酵母突变体中代替酵母微管蛋白的作用，维持突变体酵母的生长，推测它们在纤维伸长过程中发挥重要作用。