棉花超短纤维基因LI1的精细定位与克隆
发布时间：2020-06-09 10:31
【摘要】：棉花是全球重要的经济作物之一,是天然纤维的主要来源,主要应用于纺织工业。棉纤维是棉花的主要产物,是由胚珠外表皮细胞发育而来的单细胞毛状体。在棉纤维发育过程中,胚珠表皮纤维细胞的数量直接影响棉花的产量,纤维细胞的伸长程度影响棉花的纤维品质。因此通过定位与棉花纤维细胞生长发育相关的基因,克隆并进行功能预测和验证,对系统阐述棉花纤维生长发育调控机制以及棉花植株形态建成的分子机制具有重要的理论及现实意义。棉花超短纤维突变体li1是研究纤维伸长,初生细胞壁和次生细胞壁增厚的理想材料。研究表明,li1突变体是因在纤维伸长初期缺失导致纤维伸长受阻的,LI1基因是一个肌动蛋白基因,是细胞骨架的原材料,在纤维细胞生长过程中扮演着重要角色。本研究以陆地棉超短纤维突变体li1为材料,用图位克隆的方法确定LI1基因,初步提供其在纤维伸长过程中的功能。通过图位克隆的方法,将LI1基因定位于分子标记W260和W385之间,约890Kb的物理距离。结合最新研究进展,克隆并分析LI1基因,该基因全长1134 bp,由4个外显子和3个内含子组成,编码377个氨基酸,cDNA序列192 bp处G碱基突变为T碱基,碱基的突变在氨基酸水平上表现为甘氨酸突变为缬氨酸。通过LI1基因同源序列分析和蛋白结构分析,得知LI1基因是高度保守的肌动蛋白基因。利用VIGS技术对LI1的功能分析进行初步验证,结果出现与li1突变体叶片相似的表型,与预期结果相符,初步预测该基因可能就是目的基因。接着克隆并分析了LI1基因的启动子序列,发现克隆出的陆地棉li1突变体和海岛棉3-79的启动子序列,经比对两者的启动子序列相同,但该基因在两种材料中的表达量差异巨大,由此推断在两亲本中基因的表达量差异是由转录后调控造成的,有可能有特异的siRNA在调控。为确定LI1基因核心启动子区域,构建7个与GUS报告基因相连的启动子缺失表达载体,经GUS组织化学染色后发现,441 bp的启动子片段就具有较强的转录活性,该启动子序列可以代替一般的启动子序列应用于棉花转基因育种。另外,构建了超表达载体,CRISPR/Cas9载体,酵母双杂交诱饵载体和瞬时表达载体,为进一步完善实验打下基础。本次研究主要是LI1基因的基础性研究。到目前为止,关于LI1基因启动子序列的相关分析尚未报道,我们最主要的研究成果就是发现LI1启动子具有较强活性,通过在线软件PlantCARE初步分析和相关植物表达载体构建,以期丰富植物诱导型启动子种类,为植物遗传育种改良提出理论依据。
【图文】：
十月中下旬收花，在此期间影响棉花产量和质量的因素除环境因素外，植物有一定的影响。 棉花纤维的发育花纤维是由胚珠外表皮细胞发育而来的单细胞毛状体。在高等植物界中是高度式单细胞，在 4 周的时间里，它的伸长程度能超过 30 mm，但直径却只有 30 et al., 2006），这使它成为研究细胞极性生长的重要模型（Kim and Triplett, 2001维发育可分为四个重叠时期，即起始分化（0-5 天）、纤维伸长（5-20 天）、厚（次生壁合成）（20-45 天）以及脱水成熟（40-50 天）4 个时期（Ruan and Chou Basra et al., 1984; Arpat et al., 2004; Lee et al., 2006, 2007; 见图 1-1）。这四个发棉花的产量和质量都会有影响，纤维起始分化决定胚珠中纤维细胞的数量，纤化的早晚影响成熟纤维的长度，而纤维伸长时期和细胞壁增厚时期影响纤维的质（Shi et al., 2005）。
短绒更没长绒；超短纤维突变体（例如 li1, li2 和 lix），种子表面有Karaca et al., 2002; Kohel et al., 1992）；光子突变体（例如 n1, sma子表面没短绒有长绒（Sun et al., 2012; Turley and Kloth, 2002）。突变体能证明那些未知基因在棉花发育不同阶段的功能。例如：光ess-lintless）和 sma-4，可能是在棉花纤维发育的起始时期发生了突体 li1 和 li2，已证实某些基因是在纤维发育伸长和次生壁生成时期l., 2005）。这篇文章选用的棉花超短纤维突变体 li1（Ligon-lintless Griffee 和 Ligon 发现，属于显性单基因遗传（Kohel et al., 1992）株矮小，叶片卷曲，，茎秆扭曲（Griffee and Ligon, 1929; 见图 1-2）开花数量少，棉花纤维属于短绒，纤维长度一般不超过 0.5 cm（M; 见图 1-2）。li1 突变体在纤维发育起始时期与 WT 植株并无差异失，导致纤维伸长受阻（朱勇清，等 2003）。这种突变体表型明在研究棉花纤维伸长和形态建成等方面是必不可少的理想实验材料
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562
本文编号：2704561
【图文】：
十月中下旬收花，在此期间影响棉花产量和质量的因素除环境因素外，植物有一定的影响。 棉花纤维的发育花纤维是由胚珠外表皮细胞发育而来的单细胞毛状体。在高等植物界中是高度式单细胞，在 4 周的时间里，它的伸长程度能超过 30 mm，但直径却只有 30 et al., 2006），这使它成为研究细胞极性生长的重要模型（Kim and Triplett, 2001维发育可分为四个重叠时期，即起始分化（0-5 天）、纤维伸长（5-20 天）、厚（次生壁合成）（20-45 天）以及脱水成熟（40-50 天）4 个时期（Ruan and Chou Basra et al., 1984; Arpat et al., 2004; Lee et al., 2006, 2007; 见图 1-1）。这四个发棉花的产量和质量都会有影响，纤维起始分化决定胚珠中纤维细胞的数量，纤化的早晚影响成熟纤维的长度，而纤维伸长时期和细胞壁增厚时期影响纤维的质（Shi et al., 2005）。
短绒更没长绒；超短纤维突变体（例如 li1, li2 和 lix），种子表面有Karaca et al., 2002; Kohel et al., 1992）；光子突变体（例如 n1, sma子表面没短绒有长绒（Sun et al., 2012; Turley and Kloth, 2002）。突变体能证明那些未知基因在棉花发育不同阶段的功能。例如：光ess-lintless）和 sma-4，可能是在棉花纤维发育的起始时期发生了突体 li1 和 li2，已证实某些基因是在纤维发育伸长和次生壁生成时期l., 2005）。这篇文章选用的棉花超短纤维突变体 li1（Ligon-lintless Griffee 和 Ligon 发现，属于显性单基因遗传（Kohel et al., 1992）株矮小，叶片卷曲，，茎秆扭曲（Griffee and Ligon, 1929; 见图 1-2）开花数量少，棉花纤维属于短绒，纤维长度一般不超过 0.5 cm（M; 见图 1-2）。li1 突变体在纤维发育起始时期与 WT 植株并无差异失，导致纤维伸长受阻（朱勇清，等 2003）。这种突变体表型明在研究棉花纤维伸长和形态建成等方面是必不可少的理想实验材料
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562
【参考文献】
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1 王洪振,程焉平;细胞核内肌动蛋白参与基因转录的研究进展[J];吉林师范大学学报(自然科学版);2005年02期
2 朱勇清,许可香,陈晓亚;棉花li突变体生长素极性运输的减弱[J];植物生理与分子生物学学报;2003年01期
3 马淑萍,蔡派,熊宗伟,项时康;中国棉花品质现状及其国际地位(续)[J];中国棉花;2002年11期
4 阎隆飞,刘国琴,肖兴国;从花粉肌动蛋白到作物雄性不育[J];科学通报;1999年23期
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本文编号：2704561
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