韧皮部特异启动子ProCOBRA调控下CesA基因改良亚麻纤维品质的研究

Flax fiber is a kind of green and environmental friendly textile material. China is main production and nation of export in linen textile. However, there are more than 50% of raw materials, especially long fiber depended on import, for the poor fiber quality of cultivated flax in our country, which is a serious handicap in linen industry development. The rapid growth phase is the key period for flax fiber quality, in which fiber cell elongation and secondary cell wall thickening were completed. Flax fiber quality is determined by the deposition amount of cellulose cells in phloem. Researchers have identified 15 cellulose synthase CesA genes. However, the specific process and role of these genes in the regulation of phloem cellulose synthesis needed intensive study. In the previous study, we separated upstream sequence of COBRA which specific expressed in flax phloem. The promoter, proCOBRA, was identified as a phloem specific promoter in transgenetic flax. In this study, we will find the key CesA genes controlling cellulose synthase in flax using Digital Gene Expressing profiling and quantitative real-time PCR. The phloem specific promoter proCOBRA will used to regulate the key CesA in transgenetic flax. The object is to provide theoretical foundation and novel breeding materials for molecular breeding of bast fiber crops.

亚麻纤维是一种绿色环保的纺织材料。我国是亚麻纺织品生产和出口大国，但有50%以上的原麻材料依靠进口，尤其是纤维质量好的长麻。主要原因是我国的亚麻品种纤维质量差，不能满足国内麻纺企业的需求。快速生长期是决定亚麻纤维质量的关键时期，纤维细胞伸长和次生细胞壁加厚均在这个时期完成，且韧皮细胞纤维素的沉积量决定了亚麻纤维品质。目前已鉴定出15个亚麻纤维素合成酶CesA基因，但这些基因调控韧皮纤维素合成的过程和作用还需要深入研究。在前期的研究中，我们克隆了韧皮部特异表达的基因COBRA上游的启动子序列proCOBRA,转化亚麻鉴定了其韧皮部特异的启动特性。在本研究中，我们将通过数字基因表达和荧光定量PCR的方法鉴定亚麻韧皮细胞纤维素合成的关键CesA基因，通过韧皮特异启动子proCOBRA调控其在亚麻韧皮部特异表达，为韧皮纤维类作物的分子育种提供理论基础，同时也为高品质纤用亚麻育种创制新的育种材料。

亚麻纤维是一种绿色环保的纺织材料。我国是亚麻纺织品生产和出口大国，但有50%以上的原麻材料依靠进口，尤其是纤维质量好的长麻。主要原因是我国的亚麻品种纤维质量差，不能满足国内麻纺企业的需求。快速生长期是决定亚麻纤维质量的关键时期，纤维细胞伸长和次生细胞壁加厚均在这个时期完成，且韧皮细胞纤维素的沉积量决定了亚麻纤维品质。本项目在前期研究基础上，找到了在亚麻韧皮部特异表达的COBRA基因，并构建了增强型亚麻韧皮部特异启动子表达载体pCAMBIA1391Z-pCOBRA。然后，通过对亚麻纤维不同发育阶段以及不同发育形态位点进行测序比对，找到了控制快速生长期亚麻纤维发育的关键纤维素合成酶基因（CESA）和类纤维素合成酶基因（CSL）。其中，LusCESA4基因、LusCESA8基因和LusCSLD4基因在亚麻植株快速生长期的纤维发育阶段特异表达。针对这些关键基因，我们采用基因编辑的方法，构建了CESA4和CESA8的单靶点敲除和双靶点敲除载体，并通过亚麻转基因和组织培养，成功将载体转入亚麻植株体内，为深入分析这些基因的具体调控路径和基因功能奠定了坚实的基础。另外，我们得到了亚麻快速生长期其它的一些特异表达的基因，如纤维素微纤丝组织和半乳糖基转移酶活性表达的基因等，这些数据目前已提交到Sequence Read Archive (SRA)数据库。依托本项目，本课题组共培养研究生3名，其中在读研究生2名。截至目前发表论文6篇，SCI期刊论文3篇，其中JCR学科排名第一期刊论文1篇，中文核心期刊论文3篇，均为本项目第一标注。本项目中的亚麻韧皮部特异启动子和纤维素合成酶基因的克隆，以及亚麻的分子育种等相关工作获黑龙江省科学技术二等奖。