BR在棉纤维细胞发育中的作用及其信号调控途径研究

棉花是我国最重要的经济作物，棉纤维是由单个胚珠表皮细胞突起形成的表皮毛。在棉纤维发育过程中，植物激素起到至关重要的作用。我们在前期研究中鉴定了多个与BR及生长素等激素信号应答相关的重要调控因子，证明14-3-3和BZR等蛋白介导参与了棉纤维发育相关的BR等激素信号通路。本项目旨在研究棉纤维这类特殊的有重要应用价值的细胞发育过程的BR等激素调控，鉴定棉纤维发育相关的BR等激素信号通路的关键调控因子，解析棉纤维细胞发育过程中BR等激素的作用及其信号调控网络，进而揭示棉纤维发育的分子机制。本项目对有关棉纤维细胞发育的BR等激素调控的研究，将提供一些重要的科学资料，深化我们对BR等激素在棉纤维细胞发育中的作用及其分子调控机制的认识。同时，也获得新的棉花重要调控基因，应用于棉纤维品质的遗传改良。

棉纤维发育是一个高度程序化的调控过程，BR等多种植物激素都在棉纤维发育过程中起着至关重要的作用。本项目主要研究BR信号调控及其在棉纤维发育过程中的作用。我们以14-3-3蛋白为诱饵蛋白，在棉纤维cDNA文库中筛选获得一些BR相关的互作蛋白，着重研究了14-3-3与BZR1蛋白之间的相互作用。研究表明，GhBZR1能够与多个Gh14-3-3蛋白相互作用。鉴定了Gh14-3-3和GhBZR1蛋白的关键结构域和作用位点，证明GhBZR1蛋白的Ser163位和Gh14-3-3L/e/h蛋白的Lys51/56/53位是其相互作用所必需的。研究表明，GhBZR1能够在细胞质和细胞核之间穿梭，发挥其BR信号传递功能，而且GhBZR1的这种功能依赖于其自身的磷酸化。实验表明，GhBIN2能够磷酸化GhBZR1，磷酸化的GhBZR1才具有与Gh14-3-3L相互作用的能力，进而介导BR信号传导，发挥调控作用。我们获得大量14-3-3等基因的转基因棉花植株(包括过量表达和RNAi转基因棉花株系)及其后代株系。转基因棉花纤维细胞起始和伸长发育都受到明显影响，14-3-3过量表达促进纤维细胞起始和伸长，而抑制14-3-3表达导致棉纤维起始和发育受阻。检测了转基因棉花后代株系(T2 – T4)成熟纤维长度，结果表明，抑制14-3-3基因表达导致棉纤维变短。相反，过量表达14-3-3基因能够增加棉纤维长度。转基因棉花的其他纤维品质性状(例如，强度和马克隆值等)也发生了改变。胚珠离体培养实验表明，14-3-3 RNAi所抑制的棉纤维发育能够被BR部分恢复，这表明14-3-3可能通过调控BR信号通路而影响棉纤维起始和发育过程。在14-3-3RNAi转基因棉花纤维中，BR生物合成相关基因GhCPD 和 GhDWF4表达水平显著下降，一些BR信号相关基因及纤维发育相关基因表达活性也发生明显改变。而且，GhBZR1可直接结合在下游基因GhXTH1和GhEXP的启动子上，促进下游基因表达，从而调控棉纤维的快速伸长发育。此外，我们还鉴定了一个新的bHLH转录因子，研究表明它也是通过BR信号途径而调控棉纤维发育的。有关该转录因子在BR信号通路及棉纤维发育中的作用，有待深入研究。本项目总结发表论文10多篇，取得重要研究进展，达到预期研究目标，为揭示BR信号调控及其在棉纤维发育中的作用提供了有价值的科学资料。