论文部分内容阅读
棉花(Gossypiumhirsutum)纤维是来源于胚珠表皮细胞的单细胞表皮毛，是现代纺织工业主要的原料来源。同时，棉纤维的单细胞线性结构又使其成为研究植物细胞伸长和细胞壁生物合成的良好模型。本实验室通过对11，692个棉花纤维UniESTs芯片转录组分析，鉴定了778个在棉花快速伸长期特异性表达的cDNAs，其中162个纤维特异性基因被定位于102个代谢通路中。在这些纤维伸长期特异性高表达的信号通路中，乙烯生物合成途径是高调最显著的，脂肪酸合成和延伸途径是并列第二的高调途径，许多编码脂肪酸延伸途径相关酶和非特异性脂转移蛋白棉花基因的表达在纤维发育早期被显著上调，表明超长链脂肪酸生物合成或转运可能是纤维细胞伸长过程所必须的。
脂肪酸是所有细胞膜系统生物合成所必须的。超长链脂肪酸是指碳链长度大于18个碳原子的脂肪酸，主要存在于鞘脂中，鞘脂是细胞膜脂筏的主要成份。本文成功克隆了四个棉花KCS基因并应用酵母遗传学方法对其进行了功能鉴定，通过在胚珠体外培养体系中加入饱和超长链脂肪酸(VLCFAs;C20:0-C30:0)，发现VLCFAs能够显著促进棉花纤维伸长，而外加超长链脂肪酸合成抑制剂acetochlor(2-chloro-N-[ethoxymethyle]-N-[2-ethly-6-methyl-phenyl]-Acetamide，ACE)能完全抑制纤维生长，ACE的抑制作用可以被外加lignocericacid(C24:0)所恢复。通过应用气相色谱-质谱联用技术分析棉花纤维及胚珠材料中的脂肪酸组成，发现纤维中VLCFAs的含量显著高于野生棉种及无毛突变体(fl)胚珠，从而进一步验证了超长链脂肪酸对纤维伸长的必要性。若将5μM超长链脂肪酸加入拟南芥固体培养基中，拟南芥主根，侧根及根毛都显著伸长；在cut1突变体(棉花KCS基因在拟南芥中的同源物)中表达棉花GhKCS13基因，或用C24:0处理抽苔期cut1突变体，都能使其茎杆恢复到野生型的高度，表明超长链脂肪酸对拟南芥多种类型的细胞伸长均有促进作用。进一步分析了乙烯、C24:0、AVG(乙烯合成抑制剂)及ACE之间的相互关系，发现乙烯可以阻断ACE对纤维生长的抑制，但C24:0不能阻断AVG对纤维伸长的抑制，提示VLCFAs可能在乙烯上游发挥作用。QRT-PCR显示，C24:0可以诱导纤维ACO基因转录水平的快速显著升高，导致乙烯大量释放。C24:0处理的cut1突变体中，拟南芥ACO2和ACO4基因也较未处理的突变体显著增加，而C24:0诱导鞘脂合成相关酶基因表达和鞘脂含量增加则需要72小时或更长时间的处理。以上结果表明，VLCFAs可能通过刺激乙烯生物合成途径增强棉花纤维及多种拟南芥细胞伸长能力。