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棉花是世界上重要的纤维作物和油料作物,棉纤维是研究植物细胞壁发生和细胞伸长的理想模型之一。成熟棉纤维含有超过90%的纤维素、少量的半纤维素、果胶和蛋白质。关于细胞壁组分(特别是半纤维素)在棉纤维发育中的作用尚未见报道,半纤维素的改变如何影响棉纤维发育,如何影响纤维素—半纤维素网络而影响纤维品质尚知之甚少。本文根据拟南芥和杨树中已经报道的参与半纤维素木聚糖合成的蛋白,基于生物信息学方法从棉花公共EST资料室中分离鉴定了20个可能参与棉细胞纤维半纤维素合成的候选基因,对这些基因编码蛋白的特征进行了详细分析,并分别选择了一个参与主链合成和还原末端的候选基因进行了功能验证,主要结果如下：1.棉花木聚糖合成相关基因的筛查鉴定及功能预测通过生物信息学的方法,基于目前拟南芥和杨树中木聚糖合成基因的研究,结合棉花D基因组序列信息,从棉花EST文库中筛查鉴定了20个可能参与棉花次生细胞壁半纤维素合成的基因,并获得全长cDNA序列。通过蛋白质序列对比分析,跨膜结构域分析,信号肽分析,蛋白定位分析,3D结构分析,蛋白质结构域分析和进化树等方法分析,结果发现所分离鉴定的候选基因所编码的蛋白质分属不同的参与木聚糖生物合成的酶家族,其中,有2个GT47家族的基因,8个GT8家族的基因,5个ESK类基因,4个GXMT类基因和1个RWA类基因,预测这些基因可能是定位于高尔基体上的Ⅱ型膜蛋白,并且具有与木聚糖合成相关的结构域,说明这些候选基因可能参与木聚糖的合成。2.木聚糖合成相关基因在棉花组织中的表达分析提取棉花不同组织和不同发育阶段棉花纤维的RNA,逆转录成cDNA。利用半定量RT-PCR和荧光定量RT-PCR方法对这些基因进行表达分析,结果显示这些基因均在棉花纤维中表达,其中一些基因在棉花纤维次生壁加厚期优势表达,如GhRWA在棉花纤维次生壁发育时期(20DPA)特异性表达,GhGT47A和GhGT47B在15DPA和20DPA纤维中有较高的表达量,说明这些基因极有可能参与棉花纤维次生壁合成。3.GhGT47B基因在转基因拟南芥中的功能分析为了证明我们分离的候选基因确实参与到木聚糖合成,我们分别选择了一个参与木聚糖主链合成的候选基因GhGT47B,一个参与木聚糖还原末端合成的候选基因GhGT47A进行功能验证,这两个基因均在棉纤维发育的次生壁合成时期高量表达。GhGT47B的同源蛋白IRX10在拟南芥中参与木聚糖主链合成,其突变体茎具有典型的不规则木质部(irregular xylem,IRX)和木糖含量减少的表型。构建了GhGT47B的回补载体转化irx10突变体,对回补转化苗的8周茎和根的切片分析显示,与irx10突变体相比,回补植株茎中木质部不规则的程度减轻,但不能完全恢复到野生型水平,说明GhGT47B与拟南芥IRX10有着类似的功能,但可能有功能歧化。4.GhGT47A/B转基因棉花鉴定分析为研究这GhGT47A/B在棉花纤维发育中的作用,构建GhGT47A/B过量表达载体和GhGT47A/B RNAi载体,分别导入到棉花中,获得转基因棉花植株。其中,已经得到5个株系共40株GhGT47A过量表达植株和2个株系10株GhGT47ARNAi植株的种子,进一步的遗传及表型分析正在进行中。