论文部分内容阅读
棉花是最重要的纤维作物,陆地棉（Gossypium hirsutum）是全球种植面积最广、产量最大的棉种。棉花纤维由胚珠外表皮的单细胞发育而来,其发育过程可分为相互区分又有所重叠的四个阶段:分化与起始、伸长、次生壁的合成以及成熟。其中,纤维伸长是棉花纤维发育的重要环节,决定棉花纤维最终长度及品质。深入研究棉花纤维伸长的相关分子机制不仅有利于揭示植物细胞生长的调控机制,同时又能为提高纤维的产量及品质提供理论依据。植物激素对棉花纤维发育起着至关重要的调控作用,不同激素之间存在复杂的相互调控关系,研究激素间的相互调控可以更好地理解植物的生长发育。前人研究表明,植物激素油菜素内酯（BR）和赤霉素（GA）均能促进棉花纤维细胞的伸长。为了探究BR和GA在促进棉花纤维伸长过程中所存在的相互作用关系及可能的调控机制,本论文利用胚珠离体培养试验分析两者促进纤维伸长的作用关系;并利用RNA-seq分析了受BR、GA共同调控的参与细胞伸长的相关基因;为进一步明确棉花纤维中BR与GA的互作是否发生在信号传导水平,对陆地棉中BR信号通路关键转录因子BZR1进行了全面鉴定及相关信息学分析和表达分析,并对陆地棉中BZR1与GA信号途径中关键负调控因子DELLA的蛋白互作情况进行了全面分析。主要结果如下:1.离体培养条件下外源GA及外源BR促进棉花纤维伸长为探究GA及BR对棉花纤维发育的影响,利用胚珠离体培养试验,分别用具生物活性的GA（GA3）或BR（24-eBR）处理开花后1天的胚珠。结果显示,随着GA3浓度的提高,纤维长度显著递增,表明外源GA能促进棉花纤维伸长。另外,纤维长度随着24-eBR浓度的提高而增加,表明外源BR也能促进棉花纤维伸长。当在培养基中同时添加2μM 24-eBR及0.1μM GA3,培养10天纤维长度达到约12.2 mm,与BR或GA单独处理相比纤维长度显著增加,且比二者单独处理所促进的叠加值（8.59 mm）更高,表明GA与BR能够协同促进棉花纤维的伸长。2.BR及GA对纤维细胞伸长相关基因的调控为深入了解BR与GA协同调控棉花纤维伸长的分子机制,利用RNA-seq比较BR诱导基因与GA诱导基因。结果显示BR与GA诱导上调的基因中有89个相交,其中很多基因所编码的蛋白均参与促进棉花纤维细胞伸长,包括阿拉伯半乳聚糖肽（AGP14、FLA2）、木葡聚糖内转葡糖基酶/水解酶（XTH9）、水通道蛋白（TIP1-1）、肌动蛋白结合蛋白（Profilin）等。进一步用RT-PCR验证这些基因的表达,结果显示以上参与促进细胞伸长的相关基因的表达均受到BR及GA的诱导。3.BR信号通过调控GA合成进而促进棉花纤维细胞伸长胚珠离体培养试验及早期纤维伸长的电镜扫描结果均表明PAC（GA合成抑制剂）能够抑制BR对纤维伸长的促进,推测BR可通过影响内源GA进而影响纤维最终长度。RT-PCR分析结果显示BR能够诱导多个GA合成通路关键基因的表达,包括KAO2、GA20ox-1、GA20ox-2,其表达水平随着24-eBR浓度上升而上升。GA2ox通常参与活性GA的降解,结果显示GA2ox-2的表达受到BR极大的抑制。以上结果表明BR能够影响GA合成通路中关键酶相关基因的表达,从而影响GA合成通路的通量进一步影响棉花纤维的发育。4.BR-BZR1信号通路与GA-DELLA信号通路的相互作用为进一步明确BR与GA之间的互作是否发生在信号传导水平,首先对陆地棉中BR信号通路关键转录因子BZR1进行全面鉴定,发现陆地棉中存在7对BZR1同源基因;系统进化分析结果显示GhBZR1同源蛋白可分为两大分支,一个分支与拟南芥中BZR1及BZR2聚为一簇,另一个分支与拟南芥中BEH聚为一簇;序列比对分析发现7对GhBZRs都具有BZR类蛋白的典型结构域;转录组数据及RT-PCR分析表明GhBZR1-1A/1D在陆地棉各个组织中优势表达。对陆地棉中所有BZR1与GA信号通路关键负调控因子DELLA（GhGAI1A/1D）的蛋白互作情况进行分析,Y2H及BiFC结果均显示GhBZR1-1A/1D、GhBZ R1-2A/2D与GhGAI1A/1D存在蛋白互作,表明陆地棉中BZR1及DELLA的蛋白互作介导了BR及GA信号通路间的联系。