植物生长素(auxin)是调控植物生长发育最重要的植物激素,关于生长素及其信号途径的研究逾百年来历久弥新。近年来有关生长素结合蛋白ABP1作用于植物细胞伸长和分裂的研究深受植物分子生物学界的关注。本研究以棉花和苎麻两种具有长纤维细胞的植物为材料,通过对生长素合成基因iaaM及生长素结合蛋白基因ABP1的转基因研究,探索了生长素及其结合蛋白ABP1对棉纤维的伸长、苎麻韧皮纤维及细胞发育的影响。棉花纤维是高度伸长的胚珠表皮细胞。生长素影响着棉纤维的发育和伸长。为了确证纤维细胞内的生长素对纤维伸长的作用,本实验将催化色氨酸转变为生长素的关键酶——色氨酸单加氧酶基因iaaM重组到棉花纤维特异表达启动子E6调控的表达载体中,构建了在纤维细胞中特异表达iaaM基因的载体并以HPTⅡ作为选择标记,采用农杆菌介导的子房注射法转化棉花“湘杂棉14”,经潮霉素抗性筛选,获得了8株抗性植株。其中5株植株基因组中检测到目的基因的整合。RT-PCR分析证明纤维细胞中iaaM基因在转录水平上能有效表达,纤维细胞中的生长素含量也相应提高。但在转基因株稳定后,连续两年的利植和分析,其棉纤维长度并未发生明显改变。生长素结合蛋白ABP1是生长素信号途径新确定的成员,但由于在模式植物拟南芥中的突变致死性使其功能的认识严重不足。为了揭示ABP1在棉花发育,尤其是棉纤维发育中的功能,本研究以“湘杂棉14”为材料,采用RT-PCR法克隆了棉花ABP1基因,该基因全长cDNA序列为792bp,与GenBank中陆地棉“新陆中5号”ABP1基因序列存在7个碱基的差别,同源性为99%,但可以编码一个保守的ABP1蛋白。采用半定量PCR方法检测了ABP1基因在棉花叶、花和开花后15d的纤维细胞中都有表达。其中在叶片中的表达量最高,在花器官和纤维细胞中的表达量稍低。为了验证ABP1在棉花纤维发育中的功能,将克隆的ABP1cDNA构建成了35S启动子控制的过表达载体并以NPTⅡ作为选择标记,经农杆菌介导转化了棉花后,筛选获得了6株Kan抗性植株,在其中3株中检测到ABP1表达水平提高。对这些ABP1过表达植株的观察分析表明,植株整体生长发育正常,纤维产量和长度变化都不显著。与受体对照植株相比,仅观察到叶缘的表皮毛密度增加。鉴于棉花纤维细胞的特殊性,我们还选取苎麻作为材料,开展ABP1与韧皮纤维及细胞发育相关的研究。利用本研究团队已克隆的苎麻ABP1cDNA (BnABP1)构建了BnABP1基因cDNA过表达载体和反义表达载体,以HPT Ⅱ作为选择标记,分别通过农杆菌介导的叶盘转化法转化苎麻“湘苎3号”,经潮霉素抗性筛选和PCR检测获得了4株ABPl过表达植株和4株ABP1反义表达植株。ABP1过表达植株整体生长发育也完全正常,未能观察到基因过表达引起的性状改变。但ABP1反义表达载体转化苎麻后,植株生长发育表现出显著抑制现象。反义转基因苗生长发育迟缓,成苗后叶片小而卷曲,叶表皮毛减少；叶脉发育不完全,叶脉小,并且在叶片的某些部位还缺乏叶脉；叶柄的发育也表现异常。对叶片进行组织切片观察到表皮细胞和栅栏细胞变小,组成主脉和侧脉的细胞小,并且主脉维管束不发达,韧皮部细胞和导管变小,还缺少一些典型细胞层,细胞间的耦合也发生了变化。叶柄切片也观察到细胞和组织的类似变化。茎的发育也表现出薄壁细胞、韧皮部细胞、导管和维管束细小,导致转基因植株茎明显小于对照；韧皮纤维细胞数量减少的同时细胞也更为短小。上述实验结果表明,棉花纤维作为特化的胚珠表皮细胞,伸长可能受多种因素共同调控,单纯提高细胞内生长素浓度或整体ABP1的表达水平对纤维伸长都没有显著作用。但ABP1表达水平的提高对棉花叶表皮毛的发育有一定的影响。对于苎麻韧皮纤维及其茎和叶细胞,它们的正常发育需要一定表达量的ABP1,过表达ABP1对其并没有剂量效应,但当ABP1表达受到抑制后其量低于一定的阈值时,细胞的分化和伸长会表现出显著异常,说明ABP1通过影响细胞的分化及伸长来影响苎麻纤维及其茎和叶的发育。对ABP1反义表达苎麻组织切片观察发现,ABP1的抑制表达并不影响其组织的初级分化。尽管植株生长受到严重抑制,但植株各组织的细胞类型分化完整,只是各类细胞都更加细小,细胞数量减少。说明ABP1表达抑制后主要影响细胞的膨大、伸长和细胞分裂频次,导致各组织中分化的细胞数量减少,器官细小。