NAC转录因子在棉纤维细胞次生壁发育中的功能研究

NAC蛋白是一类植物特有的转录因子，可能对植物细胞次生壁发育具有重要的调控作用。棉花是我国最重要的经济作物，棉纤维细胞是研究植物细胞伸长和细胞壁生物发生的理想材料之一。本项目在课题组前期工作基础上，拟通过离体胚培养、过量表达、RNAi等技术，研究2个纤维特异表达的NAC基因在棉纤维细胞极性生长、次生壁形态建成等方面的功能；通过研究NAC蛋白对细胞壁合成相关蛋白、细胞骨架蛋白和相关转录因子的调控作用分析，阐明NACs在纤维发育中的调控机制。本研究将提供NAC转录因子在棉纤维细胞发育中的作用及其表达调控等重要科学资料，丰富完善棉纤维发育的分子机理研究，同时还可为纤维品质改良的分子育种提供基因元件。

NAC蛋白是一类植物特有的转录因子，对植物细胞次生壁发育具有重要的调控作用。本项目从棉纤维中分离鉴定了两个在纤维次生壁发育期特异表达的NAC基因，命名为GhNAC1和GhNAC2。这两个基因具有两个内含子和三个外显子，其编码蛋白定位于细胞核中，且具有转录自激活活性。在拟南芥中过量表达GhNAC1导致转基因植株叶片向上卷曲，木质素在茎表皮细胞中异位积累，木质部次生壁加厚。相反，GhNAC1显性抑制的转基因拟南芥则茎木质部细胞壁变薄。GhNAC1/2过量表达和显性抑制拟南芥分别导致SND1 (GhNAC1/2在拟南芥中的同源基因)下游参与次生壁发育相关基因表达上调和下调。获得过量表达GhNAC1转基因棉花，共计6株系400多棵植株，部分转基因植株也出现叶片向上卷曲的表型，且其胚珠表皮缺少短绒，长绒细胞壁加厚。也获得了一批GhNAC1-RNAi转基因棉花株系。这两种转基因棉花植株后代的遗传及生化等方面的分析仍在进行中。研究发现，GhNAC1可以与自身或GhNAC2形成同源或异源二聚体，且能与下游基因GhDUF231的启动子结合。通过本项目的研究，课题组成员在SCI期刊上发表论文4篇，在国内生物学核心期刊上发表论1篇，申请棉花新基因专利1项，培养研究生3名。本研究提供了NAC转录因子在棉纤维细胞发育中的作用及其表达调控等重要科学资料，丰富完善了棉纤维发育的分子机理研究，同时还可为纤维品质改良的分子育种提供基因元件。