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棉花纤维是特化的表皮细胞,是世界范围的重要农产品,也是研究细胞极性伸长和纤维素合成的理想材料。为了对棉纤维发育提供更多信息,本研究利用高通量的方法分析了棉纤维发育过程中的表达谱和代谢谱。利用包含五千个基因的cDNA芯片分析了开花后3到18天的棉花纤维表达谱,分离了633个差异表达基因;不同发育阶段的棉纤维可以根据基因表达情况按照主成分分析的方法得到有效的分离;统计分析表明脂肪酸代谢、碳水化合物代谢和次生代谢的多个途径在发育时期存在显著差异(P-value<0.05;FDR-Q-value<0.05)。在棉纤维迅速伸长阶段,生长素信号响应、细胞壁松弛和脂肪酸代谢有关的基因大量表达;进入次生壁合成阶段以后,上述基因表达减少,包括次生代谢和果胶合成在内的多个代谢途径基因表达也减少,而纤维素合成基因表达量大量增加。小分子代谢物含量和酶活力分析结果与表达谱的结果吻合,暗示纤维进入次生壁合成阶段后细胞内的代谢集中流向纤维素合成。在生长素极性运输缺陷和无长绒的li1突变体中,纤维伸长相关基因表达减少而细胞壁合成相关基因表达提前上升,这些结果提示生长素信号有助于维持纤维细胞迅速伸长状态。进一步用SAGE的方法比较开花后9天的纤维与胚珠(剥离纤维),通过大规摸测序获得了52,025个独立的标签(tag),其中有1,021个标签表现为统计学显著(P<0.01)。根据标签在纤维和胚珠的出现频率,获得了具有各种表达类型的标签。在纤维中表达高的309个差异标签中,有126个具有相应的EST或基因序列,其中有44个基因曾经被报道,占总量的14.2%,表明SAGE可以获得大量(>85%)新的差异基因的信息。利用GLGI的方法获得了对应于78个标签的157基因片段,表明SAGE结合GLGI是分离差异表达基因的有效手段。SAGE结果中,两个受生长素诱导的基因的标签在纤维中特异表达;而三个生长素信号传导途径的负调控因子Aux/IAA蛋白的标签在纤维中明显减少,这些结果暗示在纤维迅速伸长阶段活跃的生长素信号可能是由于抑制负调控因子Aux/IAA蛋白基因的表达造成的。