论文部分内容阅读
棉花（Gossypium hirsutum L.）是纺织业中最重要的纤维作物,成熟的棉纤维含有超过90%的纤维素和少量的木质素,半纤维素。尽管半纤维素组分木聚糖含量很少,但其通过氢键与纤维素微纤丝交联,对整个次生壁骨架结构的完整性和稳定性发挥着重要作用,说明木聚糖可能影响棉花纤维的品质。棉花纤维的长度和强度决定着纤维品质的好坏。棉花纤维发育的次生壁加厚期决定了成熟棉花纤维的最终强度以及加工特性。目前木聚糖在棉花纤维发育中的作用仍然未知,因此对于木聚糖在棉纤维次生壁加厚期的作用研究,可以为棉纤维品质的改良提供理论基础和实验证据。我们在之前的研究中分离了可能参与棉花木聚糖合成的糖基转移酶基因GhGT43A和GhGT4 7B,本研究中我们通过共表达分析找到了可能调控GhGT43A和GhGT47B表达的NAC转录因子GhSND2和GhFSN2。本文一方面分析GhGT43A转基因棉花的表型,揭示其在棉花植株形态建成和纤维发育中的作用;另一方面对可能调控GhGT43A和GhGT47B表达的NAC转录因子的功能进行了初步分析。本文主要结果如下:1.GhGT43A影响棉花植株的形态建成我们对野生型（WT）和GhGT43A转基因植株整个生长周期的形态进行了观察分析。与WT相比,GhGT43A RNAi转基因植株的高度显著降低,棉铃显著变小;而过表达GhGT43A植株略微增高,棉铃大小无明显变化。在发育早期GhGT43A RNAi植株叶片出现枯黄焦边且上卷的表型,但在生长后期,叶片形态逐渐恢复与WT一致。相同生长部位的叶片,较WT相比,不管是过表达还是沉默GhGT43A均出现了棉花叶片变小以及叶柄变短的表型。2.GhGT43A影响棉纤维的发育在次生壁沉积后期和成熟的棉纤维中,GhGT43A RNAi转基因棉纤维的纤维素含量降低,而GhGT43A OE株系纤维素含量增加。GhGT43A RNAi转基因成熟棉纤维较WT蚕豆状的形态而言更圆。GhGT43A RNAi和GhGT43A OE株系较WT相比成熟棉纤维的细胞壁厚度都增加;纤维长度都显著变短。3.可能调控木聚糖合成的NAC转录因子分析通过共表达分析,寻找到可能参与调控GhGT43A和GhGT47B表达的NAC转录因 子GhSND2（GhSND2A,GhSND2B）和 GhFSN2（GhFSN2A,GhFSN2D）。亚细胞定位显示GhSND2A,GhSND2B定位在细胞核中。在拟南芥中异源表达GhSND2,其中GhSND2A可以使花序茎维管束间纤维细胞的层数增加;主根的皮层中存在纤维素和木质素的异位沉积。并且暗培养7天的GhSND2A转基因拟南芥较WT相比,间苯三酚染色后发现花序茎中出现木质素的异位沉积。GhSND2B转基因拟南芥花序茎横切片用木质素特异性染料间苯三酚染色和纤维素特异性染料刚果红染色,发现较WT相比染色均变深,表明其木质素和纤维素的含量增多。并且主根的横切同样在皮层的位置发现木质素与纤维素的异位沉积现象。RT-qPCR的结果也表明GhSND2转基因植株花序茎和根中参与次生壁合成的纤维素,木质素,半纤维素基因表达上调。我们通过瞬时转化在烟草中过表达GhSND2,发现烟草叶片中纤维素与木质素的含量增加。在拟南芥中异源过表达GhFSN2,过表达棉花D基因组的GhFSN2D和A基因组的GhFSN2A其转基因拟南芥与WT相比植株形态均未发生明显的差异,但转基因拟南芥角果均变小且不育,种子数量显著减少。并且主根切片UV下木质素自发荧光较WT更强;纤维素特异性染料S4B染色荧光强度比WT强。表明过表达GhFSN2转基因拟南芥主根中木质素与纤维素含量增加。4.GhFSN2直接激活棉纤维次生壁合成相关基因的表达GhFSN2A和GhFSN2D可以直接激活棉纤维次生壁纤维素合酶GhCesA4-3,GhCesA7-1的启动子,调控纤维素合成。也可以直接激活半纤维素木聚糖合成基因GhGT43A、GhGT47A、GhGT47B的启动子,调节木聚糖的生物合成。但不能激活木质素合成基因Gh4CL、GhCCR1、GhCAD6的启动子。