GhCWR1参与BR调节纤维发育机制的研究

Cotton fiber is not only an important raw material of textile industries, but also an ideal model for the research of plant cell elongation and cell wall development. Although in vitro treatment and transcriptome analysis have proved that BRs play vital roles in cotton fiber development, the molecular mechanisms of BRs in regulating fiber development remain elusive. Our transcriptome analysis of pag1, a BR defective mutant, showed that the expression of GhCWR1 was inhibited in pag1 and BR treatment induced its expression. The fiber length and strength of GhCWR1-overexpression lines were improved. In this project, the overexpression and RNA interference lines of GhCWR1 will be developed for illuminating its roles in fiber development. The promoter of GhCWR1 contains the essential cis-element of BES1, which is a central transcription factor of BR signal transduction. Yeast one hybrid, EMSA and ChIP techniques will be employed to clarify the mechanism of GhCWR1’s response to BR treatment. These results will provide new evidence for the mechanism of BR regulation of fiber development, and lay theoretical foundation for the cotton fiber quality and quantity improvement through the genetic engineering way.

棉花纤维不仅是纺织工业的重要原料，其纤维细胞还是研究植物细胞伸长和细胞壁发育的理想模型。体外处理和基因表达谱分析均已证实油菜素内酯（BR）对棉花纤维发育有重要调节作用，但是BR调节纤维发育的分子机制仍不清楚。我们对BR缺陷型突变体pag1的转录组分析发现细胞壁相关基因GhCWR1在pag1中的表达受到抑制，BR处理诱导其表达，转化棉花后能够提高转基因植株的纤维长度和强度。本项目拟通过上调和抑制GhCWR1的表达，研究其在棉花纤维发育中的功能，分析其对纤维细胞壁结构和成分的影响。由于GhCWR1启动子含有BR信号途径核心转录因子BES1所结合的顺式作用元件，我们将通过酵母单杂交、EMSA和ChIP技术分析GhBES1对GhCWR1表达的调控，明确GhCWR1响应BR的分子机制。本研究将为完善BR调控纤维发育的分子机理提供新的实验证据，也为基因工程技术改良棉花纤维产量和品质提供理论支撑。

棉花纤维不仅是纺织工业的重要原料，其纤维细胞还是研究植物细胞伸长和细胞壁发育的理想模型。油菜素内酯是一种重要的植物激素，最为突出的作用是调节植物生长。体外处理和基因表达谱分析均已证实油菜素内酯（BR）对棉花纤维发育有重要调节作用，但是BR调节纤维发育的分子机制仍不清楚。本项目研究了油菜素内酯这种甾醇类植物激素对棉花纤维发育的调控，从棉花全基因组水平发掘了参与该信号途径的GhBES1、GhBIN2等核心元件，通过基因结构比对、组织特异性分析、共表达模式分析、转基因和标记基因分析等方式研究了它们在纤维发育中潜在的功能，发现有多个BR信号元件在纤维发育中可能发挥重要调节作用，例如在纤维中优势表达的GhBES1.4_At/D。发现了一个纤维优势表达GhCaM7-like基因，其表达受到BR的调控，通过基因沉默和异位表达的方式证实了GhCaM7-like调控纤维伸长，它会影响GhAnn2和GhEXP2等基因表达进而影响纤维发育，进一步分析发现GhCaM7-like蛋白通过调控Ca2+流量和影响钙调素绑定蛋白来实现其功能。本项目发掘了棉花油菜素内酯信号途径的关键基因，初步阐明了它们在纤维发育中的作用，发现了一个响应BR的GhCaM7-like基因，解释了其调控纤维的机理。本研究为通过BR信号途径进行棉花纤维改良提供了理论指导和基因资源。