棉花GhCAD6基因在棉花纤维发育中的功能及调控机制研究

In the present study, we use the expression pattern of GhCAD6 to investigate its function and mechanism in fiber development. Based on the phenotype of cad gene mutant of Arabidopsis, transgenic cotton of GhCAD6-OE(over-expression) and GhCAD6-RNAi were constructed to show the development of cotton fiber cell walls and fiber quality; we also analyze the changes of transcriptional level of GhCAD6 pathway from the transgenic cotton progeny; the fiber cell wall structure of transgenic cotton will be observed by the transmission electron microscopy, The fiber component change of transgenic cotton will be analyzed by the methods of GC-MS and FTIR. To sum up, we plan to adopt molecular techniques and chemical analysis method to uncover the role of GhCAD6 in the phenylpropanoid metabolic pathway in cotton fiber development.

肉桂醇脱氢酶（CAD）是植物苯丙烷代谢途径中的关键基因，参与木质素的合成及调控作用，并参与植物细胞壁的合成与沉积。本研究旨在通过调控棉花纤维苯丙烷代谢途径中关键酶基因GhCAD6在棉纤维中的表达活性,来解析苯丙烷代谢途径关键基因在棉纤维发育中的功能及调控机制。结合GhCAD6基因在拟南芥同源基因突变体（cad5）的表皮毛发育情况的研究基础，分别将陆地棉中GhCAD6基因进行过表达及基因沉默分析转基因后代植株中苯丙烷代谢途径中相关基因的转录活性；并观察棉花纤维品质形成的变化情况；同时采用透射电镜技术观察转基因棉花后代细胞壁结构的变化情况；利用FTIR及GC-MC等化学分析方法检测不同发育时期棉花纤维中木质素含量及组分的变化情况。结合分子手段及化学分析方法共同揭示GhCAD6基因对棉花纤维发育过程中苯丙烷代谢途径的影响，进一步分析在棉花纤维中的分子机理。

肉桂醇脱氢酶（CAD）是植物苯丙烷代谢途径中的关键基因，参与木质素的合成及调控作用，并参与植物细胞壁的合成与沉积。本研究旨在通过调控棉花纤维苯丙烷代谢途径中关键酶基因GhCAD6在棉纤维中的表达活性,来解析苯丙烷代谢途径关键基因在棉纤维发育中的功能及调控机制。因此调控CAD6基因的表达可能对木质素的合成产生影响，从而达到改良棉纤维品质的目的。本文主要研究了过量表达GhCAD6基因对棉纤维的细胞壁和表面及其木质素的含量，纤维品质等方面的影响，主要结果如下：.1.应用生物信息学从棉花基因组中筛选出21个CAD基因，并对CAD的基因结构、染色体分布、基因倍增模式以及系统进化进行分析，发现片段重复和串联重复是CAD基因扩增的主要方式；CAD基因可分为七个亚组,且功能相近的基因聚类在相同亚组。利用深度测序表达数据分析可知CAD基因能参与了棉纤维的发育的过程。.2.利用Southern blotting检测转GhCAD6基因的棉花转基因后代(T6)基因组中目的基因的拷贝数，结果证实目的基因在转基因后代中为单拷贝，说明该目的基因能够稳定遗传。.3.棉纤维中GhCAD6基因的半定量和实时荧光定量PCR结果表明：GhCAD6基因在转基因后代和对照中的表达量均随着棉纤维发育天数的增加而增加，目的基因的表达量在15 DPA之前很低，20 DPA时，目的基因表达量明显增多，同时，转基因后代中目的基因的表达量在纤维发育15，20和25 DPA时比对照的表达量高。.4.通过对转基因后代和对照植株的农艺性状比较发现：转基因后代的株高、单株成铃数有所增加，纤维长度、强度和衣分等方面也明显优于对照；通过透射电子显微镜下观察发现转基因后代和对照棉纤维在不同发育时期的细胞壁均随着纤维发育天数的增加而变厚，转基因后代的细胞壁比对照棉纤维的细胞壁薄，但更加紧实，同时，转基因后代棉纤维变细，表面更加光滑；采用Klason法测定发现二者木质素的含量均随着发育天数的增加而减少。.本研究通过对GhCAD6基因在棉花纤维中的过量表达研究，发现过量表达GhCAD6基因可以改良棉花的纤维品质。