棉花分枝基因的克隆、功能鉴定和转基因研究

紧凑的株型结构可以增加棉花种植密度提高产量，还有利于田间管理和机械化采摘。棉花株型结构是由植株高度，分枝的类型、数目和长度等因素构成。棉花的分枝包括果枝、营养枝和赘芽。果枝是着生棉铃的分枝，足够数量的果枝是高产的基础。营养枝和赘芽不能着生棉铃，与果枝争夺养分和生长空间。同时，紧凑的棉花株型要求主茎和果枝的节间比较短。栽培棉花是异源四倍体，基因组复杂，目前还不能采用图位克隆的方法从棉花中分离控制分枝的基因。在模式植物拟南芥和水稻的研究中发现，不同物种间控制分枝的基因是保守的。因此，本项研究拟采用同源序列基因克隆的方法，从棉花中克隆控制分枝形成和伸长的基因，在拟南芥和水稻分枝突变体中验证其功能，然后构建过量表达或反义抑制的载体并转化棉花。希望通过转基因的方式，抑制棉花营养枝和赘芽的形成，增加果枝的数目并调控果枝的长度，创造一种养分合理分配、结构紧凑的新株型。

棉花分枝对于提高产量和简化田间管理具有重要作用。 棉花具有复杂的分枝系统，包括着生于主茎上的营养枝和果枝，还有着生于其它部位上的不定芽或称赘芽。果枝是着生棉铃的分枝，在生产上保证足够数量的果枝，才能夺取高产。营养枝和赘芽不能直接着生棉铃，与果枝争夺养分和生长空间，导致果技的棉铃脱落和纤维产量、品质的下降。所以棉花必须整枝，即手工除去营养枝和赘芽，这需要花费大量劳动力。因此，克隆控制棉花分枝的基因并通过基因工程技术调控棉花分枝的生长发育具有重要的应用价值。. 番茄LS、拟南芥LAS和水稻MOC1是促进侧枝形成的一组同源基因，基于这组基因的同源性区域克隆了棉花GhLS基因。GhLS基因在棉花顶芽、侧芽、花蕾中有少量表达；GhLS蛋白属于GRAS家族转录因子，定位于细胞核内。将棉花GhLS基因转化拟南芥las4和水稻moc1等少分枝突变体，能恢复分枝的表型，从而证明GhLS基因具有促进植物分枝形成的功能。. 玉米TB1，水稻OsTB1, 拟南芥BRC1是抑制侧枝伸长的一组同源基因，基于这组基因的同源性区域克隆了棉花GhTCP2基因。GhTCP2基因在棉花侧芽和花蕾中有较高表达，在顶芽中有少量表达；GhTCP2蛋白属于TCP家族转录因子，定位于细胞核内。将棉花GhTCP2基因转化水稻多分蘖突变体fineculm1，能恢复正常分蘖表型，从而证明GhTCP2基因具有抑制植物分枝伸长的功能。. 拟南芥MAX2，水稻D3和豌豆RMS4是抑制植物分枝伸长的新型植物激素独角金内酯的正调控因子，基于这组基因的同源性区域克隆了棉花GhMAX2基因。GhMAX2基因在各个组织器官中均有表达。GhMAX2蛋白属于F-Box/LRR家族，定位于细胞核内。GhMAX2可以与拟南芥ASK1互作，形成SCF类型的蛋白泛素E3连接酶复合体。将棉花GhMAX2基因转化拟南芥多分枝突变体max2-1, 能够恢复分枝表型，从而证明GhMAX2基因具有抑制植物分枝伸长的功能。. 构建了GhLS, GhTCP2和GhMAX2基因的过量表达和抑制表达载体10个。对GhLS基因的4个表达载体转化了棉花品种冀棉14，分别获得了10-20株T0代转基因植株，目前还未获得分枝表型发生明显改变的转化体。