棉花PSP231蛋白在花粉发育中的功能及调控研究

花粉可育性是影响高等植物生殖发育的关键因素之一，直接关系到棉花等重要农作物的产量。花粉发育可分为两个连续的发育过程：小孢子发生和雄配子发生，涉及到许多基因的功能表达与调控。我们从棉花中鉴定了一个新的花粉特异蛋白(pollen specific protein)基因PSP231，前期研究表明该基因在花粉细胞中特异表达。本项目拟分析PSP231蛋白关键活性位点和亚细胞定位，探讨其在细胞代谢过程中的作用；分析启动子的结构特点及活性，鉴定相关的顺式作用位点，研究DNA-蛋白质相互作用，分离PSP231基因的转录调控因子；利用已获得的棉花转基因植株，探讨PSP231在棉花花粉发育中的作用，揭示该蛋白的生物学功能及其涉及的信号调控途径。本项目将为植物生殖发育的基础研究提供重要实验资料，深化我们对这类新的花粉特异性蛋白的认识。同时，也可为棉花花粉育性的人工控制和分子育种提供理论依据和基因(蛋白质)资源。

花粉可育性是影响高等植物生殖发育的关键因素之一，直接关系到棉花等重要农作物的产量。花粉发育可分为两个连续的发育过程：小孢子发生和雄配子发生，涉及到许多基因的功能表达与调控。我们从棉花中鉴定了一个新的花粉特异蛋白(pollen specific protein)基因PSP231，该基因在单核期以后的花粉中高度表达，而且随着花粉发育成熟，该基因表达量不断上升。启动子活性分析表明，将启动子截短到 446 bp时，仍能启动GUS基因在花粉细胞中特异性表达，但当启动子长度截短到 241 bp时，活性丧失。说明GhPSP231基因起始密码子上游 –446bp至 –241bp的区间是维持其花粉特异性启动子活性的重要区域。在酵母中过量表达GhPSP231导致细胞初生隔膜过度增厚，胼胝质异位沉积，抑制了酵母细胞的胞质分裂，从而致使大量酵母细胞停留在有丝分裂末期。在烟草中过量表达GhPSP231导致花粉中过量沉积胼胝质，有大约半数的花粉细胞发育异常，转基因烟草部分雄性不育。利用RNA干扰技术，抑制PSP231基因在棉花中的表达，结果表明，转基因棉花高度雄性不育。花药半薄切片观察显示，转基因棉花植株与野生型一样，花药壁结构基本正常，能够形成正常的单核小孢子，但转基因花粉发育停滞在小孢子液泡化时期，不能形成成熟花粉粒。我们进一步对PSP231蛋白影响花粉细胞发育的调控机制进行了探讨，筛选到一些互作蛋白和调控蛋白等，有关的研究正在进行中。. 此外，在本项目的支持下，我们还分离鉴定了一个R2R3型MYB蛋白基因GhMYB24。研究表明，GhMYB24蛋白定位于细胞核并具有转录激活活性，在花粉中特异表达。在拟南芥中过量表达该基因引起花粉活性下降，一些参与茉莉酸生物合成及信号传导通路的基因表达量增高。将该基因回补拟南芥双突变体myb21/myb24能够部分恢复该突变体的花粉育性。而且，GhMYB24能够与GhJAZ1和GhJAZ2F发生相互作用。上述结果表明GhMYB24可能对棉花花粉正常发育起重要作用。