棉花SGT2、CDPK32和CesA8基因的功能分析

发布时间：2020-06-24 20:01

【摘要】：棉花是我国主要经济作物之一,最重要的天然纺织原料来源。纤维素合成与积累的过程,可以直接决定棉花纤维的品质。纤维素合酶复合体(CSC)由多种纤维素合酶(CesA)及其结合蛋白组成,纤维素合酶是合成纤维素的关键因子,而与之结合的其它蛋白对纤维素的生物合成具有辅助和调控作用。目前在棉花中已经鉴定了SGT2、CDPK32和CesA8基因,其中SGT2和CesA8基因可能与棉花纤维次生壁中纤维素的合成有关。而CDPK32可能作为纤维素合酶的结合蛋白,参与复合体的组装和活性调节等过程。关于棉花SGT2、CDPK32和CesA8基因在纤维素合成和植株生长发育等过程中的作用仍然未知。本文初步研究了GhSGT2、GhCDPK32和GhCesA8基因在植物纤维素合成与细胞壁建成、植物生长发育与逆境调控等过程中的功能。主要结果如下:1.拟南芥中异源表达GhSGT2基因,转基因株系的株高显著增加,其中OE-8和OE-10两个株系增加幅度超过12%;幼苗的生育期提前、根长伸长,长度增加28%以上;同时转基因植株维管束木质纤维细胞的细胞壁厚度显著增加,主要是次生壁的加厚,达到32%;转基因株系中纤维素、果胶和可溶性糖的含量增加,半纤维素的含量减少;逆境处理条件下,转基因株系中幼苗的生长发育状况明显优于对照,GhSGT2基因提高了拟南芥幼苗对逆境的耐受性。2.拟南芥中异源表达GhCDPK32基因,转基因株系的株高和幼苗的生长发育状况明显得到改善,其中转基因植株株高增加12%-15%,幼苗中根长增加47%以上;转基因拟南芥维管束木质纤维细胞的细胞壁厚度显著减少,其中初生壁厚度减少24%、次生壁厚度减少34%;转基因株系中果胶和可溶性糖含量显著增加,而和木质素、纤维素和半纤维素的含量显著减少;逆境胁迫条件下,转基因株系中幼苗生长发育状况得到明显改善、耐受性增强。3.拟南芥中异源表达GhCesA8基因,转基因株系的表型无明显变化,同时幼苗生长发育也无明显不同;观察维管束木质纤维细胞的细胞壁厚度,转基因株系中初生壁和次生壁的厚度均显著降低;同时,转基因株系中半纤维素的含量显著降低;逆境(低温、高温和盐)胁迫条件下,GhCesA8转基因株系与对照的幼苗生长发育状况也基本一致。4.SGT2、CDPK32和CesA8基因主要在20-30 dpa的纤维中表达,可能与棉花纤维次生壁中纤维素的合成有关。其中,CDPK32基因在10 dpa的纤维中也有较高的含量,可能与纤维的起始发育有关。幼苗生长发育时期,陆地棉与海岛棉中SGT2、CDPK32和CesA8基因的表达模式存在较大差异。其中SGT2和CesA8主要在叶片中表达,陆地棉中的表达水平远高于海岛棉,这可能与海岛棉幼苗发育较缓有关。5.Co-IP结果表明,CesA8与SGT2和CDPK32之间可能存在互作,SGT2和CDPK32之间的互作关系待进一步确定。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562
【图文】：

植物细胞壁,结构模型

棉花 SGT2、CDPK32 和 CesA8 基因的功能分析壁层，主要包括果胶、半纤维素、纤维素和一些结构蛋白等组分（Somerville et al 200Popper 2008）。当植物细胞伸长开始停止后，次生壁通过初生壁内侧的逐步加厚而成，会发生木质化。次生壁中一般含有半纤维素、纤维素以及木质素等组分，根据沉积的位置又可分为内层、中层和外层 3 个部分。在相邻的两个细胞之间，还有一层通过细胞板发育而来的膜，即胞间层。胞间层含有丰富的果胶质，具有很强的亲水性。

葡聚糖,片段,骨架成分,华中农业大学

华中农业大学 2019 届硕士研究生学位（毕业）论文数目不同，在绿豆和芹菜等植物中报道纤维素可能由 18 条或 24 条微纤丝组成（Kennedy et al 2007, Newman et al 2013）。纤维素是细胞壁的骨架成分，其主要性状特征包括聚合度（Degree of polymerization, DP）和结晶度（Crystallinity index, CrI）。

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