亚麻LuCesA8上游转录因子的鉴定及其功能研究

The secondary wall thickening period is vital for the formation of fiber strength. Thickening of the secondary wall determines fiber strength. According to previous study, Lus10029245.g (named as LuCesA8) was a key gene involved in cellulose biosynthesis of secondary wall thickening in flax. Based on previous research, the study attempted to screen and identify the upstream transcription factor (TF) of LuCesA8, and conduct an in-depth investigation on the expression pattern of the TF and its role in the secondary wall biosynthesis. The preliminary results will uncover the signal transduction pathways of LuCesA8 in the cellulose biosynthesis of the secondary wall, and provide genetic resources and a theoretical basis for utilizing molecular breeding to improve the quality of flax fiber.

次生细胞壁加厚期是纤维强度形成的关键时期，次生细胞壁增厚决定纤维强度。申请者前期研究发现Lus10029245.g基因(命名为LuCesA8)是纤维素合成的关键基因，参与次生壁加厚过程。本项目拟在前期研究基础上，筛选和鉴定LuCesA8基因上游转录因子TF，并深入研究TF基因的表达模式及在次生壁生物合成中的作用，初步揭示LuCesA8基因参与次生壁纤维素合成的信号转导通路，为改良亚麻纤维品质的分子育种提供基因资源和理论依据。

次生细胞壁增厚决定纤维强度。前期研究发现Lus10029245基因(命名为LuCesA8)是次生壁纤维素合成的关键基因，参与次生壁加厚过程。本研究通过酵母单杂交技术结合基因共表达分析筛选和鉴定出LuCesA8 启动子的上游转录因子Lus10039610（命名为LuMyb46）。通过RNA-Seq及qRT-PCR技术分析LuMyb46基因表达模式。结果表明LuMyb46与LuCesA8呈相似的表达趋势，在苗期表达量较低，随着发育进程的推进，基因表达量逐渐升高，至快速生长期表达量达到最高，进入现蕾期、花期、绿熟期基因表达量下降，至工艺成熟期该基因表达量降至最低。组织特异性表达分析发现该基因在根中表达量最高，茎中次之，叶片中表达量最低。通过蘸花法获得LuMyb46基因过表达拟南芥转基因植株（OE），利用扫描电镜比较转基因植株（OE）与野生型（WT）纤维细胞壁厚度，WT中细胞壁厚度为0.61±0.19μm，OE中细胞壁厚度为0.60±0.26μm，OE与WT中细胞壁厚度未见显著差异（P>0.05）。OE与WT进行差异转录表达谱分析，共筛选出差异表达基因488个（｜Log2Fold change｜>1，Q-value<0.05），其中上调表达基因325个，下调表达基因163个。采用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术，通过农杆菌介导法获得LuMyb46基因沉默亚麻植株（SE）。与对照相比，SE植株中纤维素合成受到抑制，含量降低15.61%（P<0.01)；木质素含量显著增加，与对照相比提高8.05%（P<0.01)；半纤维素含量与对照相比提高31.24%，但差异未达到显著水平(P>0.05)。解剖学分析结果表明，与对照相比，SE植株中韧皮纤维细胞细胞壁加厚受到抑制。RNA-Seq结果表明，在SE植株中，LuMyb46、LuCesA8（Lus10029245，Lus10007296）基因的表达量分别为对照植株的50.69%、82.12%和65.33%。木质素合成相关基因flavonol 3'-OMT、F5H、CAD及NST3/SND1、NST1、MYB42等次生壁合成调控基因也被诱导显著上调或下调表达（p<0.05）。本研究初步揭示了LuCesA8基因参与次生壁纤维素合成的信号转导通路，为改良亚麻纤维品质的分子育种提供了基因资源和理论依据。