转录因子GhNST3-A12调控棉花纤维发育机理的解析

基本信息
批准号:31801415
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:臧新山
学科分类:
依托单位:中国农业科学院棉花研究所
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:于霁雯,裴文锋,王诺菡,刘国元,李丹
关键词:
纤维品质分子机制棉花转录因子GhNST3A12
结项摘要

In this study, we found a transcription factor based on our previous RNA-seq data, showing specific expression in developmental fiber. Realtime PCR results showed that relative expression level of GhNST3-A12 peaked at 20 DPA developmental fibers, which is a critical period of fiber rapid elongation and secondary cell wall synthesis. Further physical mapping showed that GhNST3-A12 was co-localized with QTL regions of fiber related traits, mainly micronaire QTLs and fiber length QTLs. It was speculated that GhNST3-A12 was the candidate gene. Moreover, GhNST3-A12 overexpressing Arabidopsis plants exhibited small rosette size and stunted growth of leaves with upward-curling blade, which was similar with that of AtNST3. So, we cloned GhNST3-A12 gene in cotton, carrying out research work by methods of overexpressing and CRISPR. The goal of this research is to clarify the relationship between GhNST3-A12 and developmental process of fiber. By screening GhNST3-A12 downstream target genes, we will further clarify the mechanism of GhNST3-A12 in controlling fiber development.

本研究利用实验室前期的RNA-seq表达数据,筛选到一个在棉花纤维中特异表达的转录因子,Realtime PCR结果表明,GhNST3-A12在20 DPA的纤维中表达量最高,该时期为纤维快速伸长和次生壁合成的关键时期。经过定位分析发现,GhNST3-A12定位于A12号染色体棉纤维性状QTL区间内,主要为纤维马克隆值QTLs和纤维长度QTLs,推测GhNST3-A12可能为其候选基因。转基因拟南芥结果表明,超表达株系表现出莲座叶变小,叶片向上卷曲的表型,与拟南芥次生壁调控基因AtNST3表型类似。本研究克隆棉花GhNST3-A12基因,采用过表达转基因和基因组编辑CRISPR手段,获得转基因GhNST3-A12和突变体ghnst3-a12的棉花材料,鉴定GhNST3-A12调控纤维性状的功能。并进一步筛选GhNST3-A12的下游靶基因,阐明GhNST3-A12调控棉纤维发育的分子机理。

项目摘要

棉花是一种重要的经济作物,是最重要的天然纤维来源。近年来,我国棉花生产表现为棉花种植面积不断下滑,棉花纤维品质较差等特点,改良纤维品质成为棉花育种的重要目标,虽然调控棉花纤维发育的功能基因越来越多,但是距离阐述清楚棉花纤维发育的生物学过程还远远不够。本研究利用实验室前期的RNA-seq表达数据,筛选到一个在棉花纤维中特异表达的转录因子GhNST3-A12,Realtime PCR结果表明,该基因在20 DPA的纤维中表达量最高,该时期为纤维快速伸长和次生壁合成的关键时期。转基因拟南芥结果表明,过表达株系表现出莲座叶变小,叶片向上卷曲的表型,与拟南芥次生壁调控基因AtNST3表型类似。转基因棉花结果表明,过表达株系表现出纤维变短、次生壁加厚的表型。构建GhNST3-A12和GhNST3-D12基因的CRISPR敲除载体,筛选到棉花CRISPR敲除纯合株系多个,CRISPR敲除株系表现出纤维变长、次生壁厚度降低的表型。利用野生型、超表达转基因材料和突变体材料进行差异表达基因分析,分析到一系列差异表达的候选基因,结果表明GhNST3-A12正调控次生壁合成相关基因的表达。本研究对棉纤维品质基因工程改良提供重要理论依据和基因资源。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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