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棉花是世界上最重要的纤维作物,也是重要的油料作物。棉花纤维是由胚珠外珠被表皮细胞分化而来的一种单细胞表皮毛。棉纤维长度是衡量棉纤维品质的一个重要指标。转录因子和植物激素在棉纤维细胞的分化和伸长过程中起着重要的调控作用。本文从棉花中克隆鉴定了GhAZ3和GhGAI1基因,并对它们的表达模式、亚细胞定位和功能进行了分析,获得主要研究结果如下：1、JA和GA3协同促进棉花纤维细胞起始分化对开花前三天的棉花胚珠进行离体培养,分别用不同浓度梯度的植物激素JA、GA3和JA+GA3处理这些胚珠。经过6天的黑暗培养后,观察统计纤维细胞起始分化情况。结果发现,JA和GA3都能促进纤维细胞起始分化,并且二者具有协同促进作用。2、GhJAZ3和GhGAI1基因克隆鉴定及其编码蛋白序列分析GhJAZ3的开放阅读框全长1116bp,编码371个氨基酸,内含一个保守的ZIM结构域和一个保守的Jas结构域。系统进化分析发现GhJAZ3与拟南芥JAZ3(At3G17860)和JAZ4 (At1G48500)的同源性最高,达到36%和35%。GhGAIl的开放阅读框全长1647bp,编码548个氨基酸,其N端含有一个非常保守的DELLA结构域和TVHYNP结构域。系统进化分析表明GhGAI1与拟南芥GAI (At1G14920)和RGA(At1G07530)的同源性最高,达到60%和59.8%。3. GhJAZ3和GhGAI1及几个纤维发育相关基因在棉花各组织和纤维发育中的表达分析实时定量RT-PCR分析结果表明,GhJAZ3在开花后6～12天(6-12DPA)的纤维中表达量最高,3DPA胚珠以及15～20DPA纤维中相对较高,在其它组织表达量较低或没有表达。GhGAI1在每个棉花组织和纤维发育阶段都有表达,但是在-1～3DPA胚珠中表达量最高,从6DPA纤维开始表达量逐渐降低。GhPIF3、GhBZR1、GhARF6和GhDEL65基因也在棉花纤维中优势表达,说明这些基因可能参与棉纤维的发育。4. GhJAZ3和GhGAI1蛋白的亚细胞定位分析构建了35S-eGFP-GhJAZ3载体和35S-GhGAI1-eGFP载体,通过农杆菌介导转化烟草叶表皮细胞,共聚焦显微镜下观察,发现在细胞核内出现荧光信号,说明GhJAZ3和GhGAI1蛋白定位在细胞核。5. GhJAZ3和GhGAIl蛋白的转录自激活分析构建了pGBKT7-GhJAZ3、pGBKT7-GhGAI1和pGBKT7-GhGAI1△N酵母表达载体,分别转化酵母菌株AH109和Y187。SD-Trp/-Ade/-His平板生长结果和X-gal显色结果表明GhJAZ3蛋白没有自激活活性,GhGAIl蛋白具有转录自激活活性,GhGAI1△N蛋白(N端缺失158个氨基酸)不具有转录自激活活性。6、GhGAI1、GhJAZ3和几个假定的DELLA结合蛋白的互作分析构建了pGBKT7-GhGAI1△N和pGBKT7-GhJAZ3载体,并转化酵母菌株Y187。同时,构建pGADT7-GhGAI1、pGADT7-GhDEL65、pGADT7-GhDEL65N、 pGADT7-GhDEL65CT, pGADT7-GhARF6、pGADT7-BZR1和PGADT7-GhPIF3载体,并转化AH109菌株。酵母双杂交实验结果表明：GhGAI1可以与GhJAZ3、GhDEL65、 GhPIF3、GhARF6和GhBZR1相互作用,GhJAZ3和GhGAI1通过GhDEL65 NT端发生相互作用。7、过量表达GhJAZ3转基因拟南芥的表型分析构建了35S-GhJAZ3和35S-GhJAZ3AC过量表达载体,通过农杆菌介导的拟南芥浸花法转化拟南芥,获得转基因植株。黑暗条件下,过表达GhJAZ3/GhJAZ3△C拟南芥的下胚轴长度要长于野生型。光照条件下,GhJAZ3/GhJAZ3△C转基因拟南芥的主根长于野生型,植株的高度也明显高于野生型,并出现早花现象。实时定量RT-PCR结果发现细胞伸长相关基因EXP8、EXPL2和XTH4的表达量要明显高于野生型。过量表达GhJAZ3/GhJAZ3△C导致拟南芥叶片表皮毛数目变少,且表皮毛起始相关的关键基因(GL2和MYB23)表达量下降。对洗脱的叶表皮毛进行长度统计分析,发现表皮毛长度明显长于野生型拟南芥。8、过量表达GhGAI1转基因拟南芥的表型分析构建了35S-GhGAI1过量表达载体,通过农杆菌介导的拟南芥浸花法转化,获得转基因阳性植株。GhGAI1转基因拟南芥下胚轴长度和主根的长度要明显短于野生型,且下胚轴和根的生长对于外源添加的JA更敏感。实时定量RT-PCR分析表明细胞伸长相关基因EXPL2、EXP8和XTH4表达量下降。过量表达GhGAI1同时影响表皮毛的数目和长度,使表皮毛数目和长度都有下调的趋势,GL2和MYB23表达量下降,结果也显示GhGAI1转基因拟南芥拟南芥根毛的长度和密度都减少。9、GhJAZ3和GhJAR1-8转基因棉花构建了pBI121-RDL1-GhJAZ3过量表达载体和35S-GhJAR1-8 (JA生物合成途径中的一种酶)过量表达载体,通过农杆菌介导的棉花遗传转化,获得9个RDL1-GhJAZ3转基因棉花胚性愈伤组织细胞系,和大量的35S-GhJAR1-8棉花愈伤组织,为进一步研究JA在棉纤维细胞发育中的功能打下坚实基础。上述研究结果表明：JA和GA可以协同促进棉纤维起始,而GhJAZ3和GhGAI1都能与GhDEL65相互作用,且GhJAZ3和GhGAIl转基因拟南芥表皮毛数量减少,导致下游表皮毛调控的关键基因GL2和MYB23下调,表明棉纤维起始机制类似于拟南芥表皮毛的起始,GhJAZ3和GhGAIl作为JA和GA的信号因子可能在棉纤维起始过程中介导JA和GA的协同促进作用。而在棉纤维伸长过程中,上述实验结果也暗示着GhJAZ3与GhGAI1间相互作用,可能解除GhGAI1对GhPIF3、GhBZRl和GhARF6的抑制,促进棉纤维细胞的伸长。