棉花纤维品质主效QTL (qFS07.1)候选基因GhFLA2的功能鉴定

Fiber quality is one of the most important traits in cotton breeding. However, due to lower quality in China, the fiber is limited to be used for the high-quality textile. Therefore, the functional identification of fiber candidate genes could be significant to the formation mechanism of fiber quality and the improvement of cotton molecular breeding. In previous research, we located a major QTL (qFS07.1) of fiber strength on chromosome A07, and qFS07.1 was fine-mapped into the region containing 12 genes. Based on expression levels between Yumian 1 and CCRI35, GhFLA2 (Gossypium hirsutum fasciclin-like arabinogalactan 2) is identified as the candidate gene of qFS07.1. Agrobacterium-mediated transformation has been used to create transgenic cotton lines in which GhFLA2 is overexpressed or suppressed respectively. In this project, we will characterize the function of the candidate gene. GhFLA2-eGFP fusing protein will be used to identify its subcellular location in cell. Combining with the detection of cell wall glycoprotein, polysaccharide and cytoskeleton, we expect to elaborate the role of glycoprotein GhFLA2 in the cotton fiber quality formation and define the value of GhFLA2 in cotton molecular breeding.

纤维品质是棉花育种的主要目标之一，我国棉花品种纤维品质偏低，鉴定纤维品质QTL候选基因的功能对棉花纤维品质形成机理研究和棉花分子育种具有重要意义。项目组前期精细定位了棉花A07染色体纤维比强度主效QTL（qFS07.1），确定类成束阿拉伯半乳聚糖蛋白基因GhFLA2为其候选基因，并已获得GhFLA2基因大量超表达和RNAi干涉的转基因棉花。本项目拟通过对转基因棉花纤维品质的分析，GhFLA2启动子活性和蛋白亚细胞定位的研究，明确GhFLA2在纤维发育中的功能。同时对转基因棉花不同发育时期纤维细胞壁糖蛋白、单糖、果胶、半纤维素以及阿拉伯半乳聚糖等成分分析，明确GhFLA2对纤维细胞壁成分的影响。随后对纤维表面结构和细胞骨架分析，确定GhFLA2与纤维细胞骨架与细胞壁结构之间的关系。研究结果将为棉花纤维品质形成的机理研究奠定基础，为棉花分子育种提供基因资源。

棉花是世界上首要的天然纤维作物，改良棉花纤维品质一直是我国棉花育种的主要目标之一。鉴定纤维品质QTL候选基因的功能对棉花纤维品质形成机理研究和棉花分子育种具有重要意义。为了对课题组前期采用精细定位确定的棉花A07染色体纤维比强度主效QTL（qFS07.1）区间的候选基因功能进行分析。本项目根据基因克隆序列比较分析和基因表达分析确定了三个候选基因GhFLA2、GhAHP5和GhNF-YB3，并进行遗传验证和功能分析。分别构建候选基因GhFLA2和GhAHP5 的35S超表达和RNAi载体转化陆地棉，对获得转基因棉花进行表达量、纤维品质等的分析检测，发现超量表达GhFLA2对纤维长度和纤维强度有一定的提升，该基因可能通过调节纤维细胞壁多糖成分提升纤维品质，具体的功能机制还在进一步的研究中。候选基因GhNF-YB3A基因在中棉所35号编码区462处有一个3641 bp的转座子的插入，渝棉1号中则没有相关转座子的插入，编码一个包含594个碱基、197个氨基酸的转录因子。GhNF-YB3D基因在431 bp处的一个G碱基的缺失导致基因编码的提前终止（457bp处）。构建了候选基因GhNF-YB3的35S超表达和CRISPR载体，转化陆地棉，转基因棉花基因表达、突变位点以及纤维产量和品质性状检测，表明GhNF-YB3基因是纤维发育的重要调控因子。超表达GhNF-YB3A能够显著提升纤维长度，提升籽指。GhNF-YB3基因编辑棉花纤维长度显著下降，比强度升高，衣指和衣份显著降低。认为GhNF-YB3是（FSA07.1）区间控制纤维品质的重要候选基因，分子生物学研究表明该基因通过形成NF-Y类三元复合体调控纤维发育。本研究的结果为棉花分子育种和纤维品质改良提供了基因资源和理论基础。