bHLH转录因子介导BR信号调控及其在棉纤维伸长发育中的作用机制研究

Behind the grain crops, cotton is the second crop in China. In recent years, we identified some fiber-preferential bHLH transcription factors (including GhFP1 and others), and found they may participate in BR biosynthesis and signaling pathway during fiber elongation of cotton. However, the molecular mechanism of these proteins regulating brassinosteroids (BR) signaling in fibers still remains unclear in detail. Therefore, this project plan to investigate the roles of the GhFP1 and other bHLH transcription factors in fiber cell elongation as well as these bHLH proteins-mediated BR signaling network in elongating fibers. We will study how these transcription factors modulate the BR biosynthesis- and signaling-related proteins that are involved in fiber cell elongation, and interact with their partner proteins, so that we can elucidate the molecular mechanism of the bHLH transcription factors regulating fiber cell elongation via modulating BR signaling, thereby determining fiber quality of cotton. This study will provide new scientific data in understanding molecular mechanism of cotton fiber development, and for molecular breeding of fiber quality improvement.

棉花是我国仅次于粮食作物的第二大农作物。我们在前期工作中发现GhFP1等bHLH转录因子在棉纤维中特异或优势表达，并涉及到BR信号调控而影响棉纤维伸长发育，但其作用机制尚不清楚。本项目拟系统地探讨GhFP1等bHLH转录因子介导的BR信号网络及其在棉纤维伸长发育中的作用。通过研究这些转录因子对棉纤维细胞伸长发育过程中BR合成和信号相关基因的调控，探讨该类转录因子之间以及与其他蛋白之间的相互作用，解析它们是否与一些BR信号相关基因(蛋白)共同组成一个复杂的信号调控网络，决定棉纤维细胞伸长发育，影响棉纤维品质。本项目试图揭示bHLH转录因子介导的BR相关的棉纤维伸长发育的调控机制，为棉纤维发育的分子遗传基础理论研究提供重要科学资料，同时也为棉纤维品质改良的分子育种提供新的理论依据和有价值的转基因棉花材料。

棉花是全世界最重要的经济作物之一。bHLH/HLH转录因子构成真核生物蛋白质中的一个大家族，研究表明bHLH/HLH转录因子参与对植物生长和发育过程的调控作用。我们筛查获得437个 bHLH/HLH 转录因子基因，它们可分为26个进化枝，不平衡地分布在不同的染色体上，其中有77个基因在棉纤维中高量或特异表达，从中鉴定了多个涉及BR信号调控棉纤维伸长发育的重要基因 (包括GhFP1等)。GhFP1蛋白定位于细胞核中，具有转录激活活性，在棉纤维伸长中发挥正调控作用。过量表达GhFP1转基因棉花成熟纤维长度显著增加，而RNAi棉纤维长度短于野生型。GhFP1蛋白能够结合在BR合成相关的GhDWF4和GhCPD基因启动子上，直接调控BR生物合成及信号传递过程，转基因棉花纤维中BR含量增加，进而促进棉纤维伸长发育。而且，GhFP1蛋白能够与其他bHLH蛋白相互作用，共同调控棉纤维发育和纤维品质性状形成。此外，我们还研究揭示了GhBZR1和GhFP2转录因子也能够响应BR信号，在棉纤维伸长发育中发挥负调控作用。综述所述，本项目研究揭示了这些bHLH转录因子通过BR信号通路调控棉纤维伸长发育的分子机制。. 本项目在 New Phytologist 等期刊上发表论文2篇，另有2篇论文正在投稿中，申请(或获得)发明专利 2 项，圆满完成了研究任务，取得重要研究进展，为揭示BR信号调控棉纤维伸长发育的分子机制提供了有价值的科学资料。