GhCUL1基因对棉纤维分化起始与次生壁合成的影响

Giavalis等研究结果以及实验室前期研究表明生长素在增加纤维起始细胞数目和降低马克隆值方面具有重要作用。生长素响应依赖泛素蛋白连接酶SCF，其中Cullin是很多泛素蛋白连接酶的主要亚基，该蛋白在SCF泛素连接酶中起到骨架作用。为探究生长素对棉花纤维发育产生影响的分子机理以及了解泛素连接酶复合体参与纤维发育调控的过程。课题组在获得纤维特异表达GhCUL1基因及其启动子基础上，分析生长素对该基因表达的影响、互补验证GhCUL1基因功能、分析GhCUL1基因表达水平变化对棉纤维细胞分化、次生壁合成的影响，弄清GhCUL1基因在棉纤维分化起始与次生壁合成中的作用。这有助于了解泛素连接酶在棉纤维发育中的作用，以及泛素介导途径对棉纤维发育的调控机制，认识生长素对棉纤维发育调控的作用本质。

泛素介导的蛋白降解过程掌控着几乎所有动植物的生命活动。Cullin1(CUL1)作为泛素蛋白连接酶复合体（SCF）的主要亚基，在植物中参与生长素、赤霉素和茉莉酸等激素的信号转导过程，从而影响植物的生长发育。本项目从棉花胚珠/纤维cDNA文库中克隆了GhCUL1基因，研究发现该基因在棉花根、茎、叶、下胚轴、花瓣、萼片、子叶及胚珠中均有表达，在花瓣、萼片中的表达量较高；在胚珠不同发育时期，GhCUL1基因在10DPA的纤维中表达水平最高，其次为10DPA的胚珠。在离体培养胚珠中，添加生长素上调GhCUL1基因的表达，GA则下调其表达，低浓度茉莉酸上调该基因表达，高浓度抑制其表达。该基因启动子控制GUS基因在拟南芥叶脉、叶表皮毛着生部位、雌蕊的柱头、花的苞叶、角果、茎及果柄中表达；在棉花花器官雌雄蕊、果柄以及胚珠中高表达。在拟南芥AtCUL1突变体axr6-1和axr6-2中表达GhCUL1基因，发现该基因不仅可回复突变体的表型，超量表达GhCULl基因还能促进拟南芥根的伸长。转基因棉花数据显示：超量表达GhCUL1基因降低了棉花胚珠中游离IAA的含量，改变GhCUL1基因表达影响棉花胚珠中葡萄糖、果糖、蔗糖含量以及成熟纤维中纤维素含量，对每铃种子数、铃重和子指等农艺性状也产生了影响。以上实验结果为了解GhCUL1基因及其SCF复合体在棉花胚珠发育中的作用，以及泛素介导途径对棉花胚珠发育的调控机制打下了基础。.该项目已完成相关研究内容，共培养6名硕士研究生，已毕业4名。已发表会议论文6篇，获国家发明专利1项。