棉花种皮\纤维棕色素共享相同代谢途径的分子解析

Cotton fiber is formed from seed coat cells，it is very important for us to improve the fiber quality in brown cotton, revealing if the pigment in brown cotton fiber and seed coat synthesized shared by the same metabolic pathway.Previous research had been conducted on brown pigment in cotton seed coat and brown fiber, we focused on cotton seed metabolic pathways of GhTT12a\b gene, preliminary confirming that the two genes were involved both in the fiber of brown pigment and testa brown pigment. In order to further verify the testa brown pigment and fiber brown pigment sharing the same metabolic pathway and analysis of the relative genes function, the key genes such as, GhTT12a\b, GhBAN, GhDFR, GhTT10 and GhTT8 were cloned in the seed coat pigment metabolic pathways, firstly confirming its participation in the testa brown pigment formation, secondly, using the plant TALEN point mutation technology to constructing the relative knockout vector in cotton. Finally, we aim to clarify the above key genes also participating in the brown fiber pigment metabolic pathway. During this study, further anlysis of the phylogenetic of related genes in Arabidopsis thaliana, diploid and tetraploid cotton. The above research work will plan a fundmental research for the improvement of brown cotton fiber quality by biological technology.

棉纤维由种皮细胞发育而来，揭示棕色棉纤维色素与种皮棕色素是否共享相同的合成代谢途径对棕色棉纤维品质的育种改良具有重要意义。在棉花种皮、纤维棕色素前期研究中，我们针对棉花种皮代谢途径GhTT12a\b基因开展了相关功能研究，初步证实以上2个基因分别参与纤维棕色素和种皮棕色素的合成。为进一步验证种皮棕色素与纤维棕色素共享相同代谢途径并分析相关基因的功能，本研究利用在棉花中克隆的种皮棕色素代谢途径关键基因GhTT12a\b,GhBAN,GhDFR,GhTT10和GhTT8，在确认其参与种皮棕色素形成的基础上，分别利用植物TALEN点突变技术，构建以上色素代谢途径关键基因在棉花中的敲除载体，拟最终明确以上关键基因也参与棉花纤维棕色素的代谢功能，并在研究过程中，进一步分析相关基因在拟南芥、二倍体棉和四倍体棉中的系统进化。以上研究工作的开展，为最终利用生物技术手段改良棕色棉纤维品质奠定研究的理论基础。

棉纤维由种皮细胞发育而来，揭示棕色棉纤维色素与种皮棕色素是否共享相同的合成代谢途径对棕色棉纤维品质的育种改良具有重要意义。在棉花种皮、纤维棕色素代谢分子途径共享相似代谢途径的研究中，我们针对棉花棕色纤维素代谢途径GhTT12a\b,GhTT8a,GhBAN, 共计4个基因的功能开展了相关功能研究。通过生物技术手段，互补相关的拟南芥突变体，并成功验证了该基因与拟南芥中的同源基因功能相同，在确认以上基因参与种皮棕色素形成的基础上，并构建以上基因的双链dsRNAi干涉载体，通过生物技术手段敲除棉花纤维色素代谢途径中的关键基因，最终明确以上关键基因也参与棉花纤维棕色素的代谢功能。同时在研究过程中，进一步分析相关基因在拟南芥、二倍体棉和四倍体棉中的系统进化。该研究验证了棉花种皮棕色素与纤维棕色素共享相似的代谢途径。以上研究工作的开展，为最终利用生物技术手段改良棕色棉纤维品质奠定研究的理论基础。研究过程中，取得国家授权发明专利2项，针对该功能序列、功能及在棉花纤维棕色素转基因改良中的应用指明了方向。