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棉花是世界上重要的天然纤维作物之一,是纺织工业重要的原材料。目前,纺织工业对棉纤维品质的要求愈来愈高,尤其是需要纤维比强度更高的棉纤维。提高棉纤维品质变得日益重要,现在已变成棉花生物学研究领域的一个重要研究热点。棉纤维发育过程可分为四个阶段:起始分化期、伸长期、次生壁加厚期和脱水成熟期。其中次生壁加厚期与棉纤维的比强度的形成关系密切。成熟棉纤维的主要结构是细胞壁,果胶作为细胞壁的重要组成成分,其新陈代谢与纤维品质形成关系密切。本研究对棉花基因组中的果胶甲酯酶(Pectin methylesterase,PME;EC 3.1.1.11)家族基因进行鉴定和系统分析的基础上,以陆地棉(69307)和亚洲棉(石系亚1号)为实验材料,结合已有EST等转录信息,对果胶甲酯酶基因家族的部分成员进行表达分析,鉴定出了在纤维细胞中优势表达的成员,并对其在纤维细胞不同时期的表达量进行了系统分析,最后对果胶甲酯酶基因的功能进行了初步验证。比较系统的分析了棉花A、D、AD基因组中的果胶甲酯酶基因家族成员。利用棉属异源四倍体陆地棉基因组(AD组)、二倍体雷蒙德氏棉基因组(A组)和亚洲棉(D组)基因组信息,共鉴定出293个PMEs基因成员,其中AD组135个(Gh PME001-Gh PME135),A组80个(Ga PME01-Ga PME80),D组78个(Gr PME01-Gr PME78),是一类在植物进化中相对比较保守的家族。系统的分析了果胶甲酯酶基因家族的进化关系。本研究从四倍体陆地棉(G.hirsutum L.)蛋白库中鉴定出了135个PMEs基因,按聚类关系分为8个亚家族;从二倍体亚洲棉(G.arboretum L.)中鉴定了80个PMEs基因,按聚类关系分成4个亚家族;从二倍体雷蒙德氏棉(G.raimondii)中鉴定了78个PMEs基因,按聚类关系分成4个亚家族,并系统分析了其基因结构、蛋白保守结构域、蛋白理化性质、空间立体结构、基因表达和进化情况,为进一步研究棉花基因组中的PMEs基因功能奠定基础。我们做了棉花和其他从进化树分析可知,同一物种内的PMEs基因序列相似性较高,亲缘关系也相对较近;基因结构分析结果显示,大部分PMEs基因的外显子数量都为2-3个,少数PMEs基因的外显子数量差异较大,4-6个不等。对保守结构域分析可知,PMEs家族基因都具有C-末端相对保守的结构域Pectinesterase(PME),而N末端在进化过程中较不严格,部分该家族成员含有Pectin methylesterase inhibitor(PMEI)保守结构域。为进一步研究棉花中PMEs基因的功能提供了重要依据。本研究表达谱研究结果表明,亚洲棉PMEs家族第一亚家族的基因在不同纤维发育时期中的表达水平不同,其中16个基因在次生壁加厚期表达水平较高,在其他时期表达水平较低,存在组织特异性。我们通过转录组分析发现有四个基因在陆地棉和亚洲棉纤维次生壁加厚期表达量差异较大,分析他们的基因结构,保守结构域及Motif均没有差异,但他们在启动子元件方面有一定的差异。三个棉种果胶甲酯酶基因家族成员的进化压力Ka/Ks值均小于1。Ka/Ks的比值说明复制事件过后,复制的基因经历了纯化选择。Gh PME36的表性分析。克隆了棉花Gh PME36基因。构建了p BI121-Gh PME36超表达载体,采用花浸法成功转化野生型拟南芥Col-0,结果显示Gh PME36的株高,莲座叶长度,抽薹开花时间和根长与野生型表型有明显差异,果荚大小基本相同。Gh JAZ转基因拟南芥的表性分型为,根长增加,抽薹开花提前,果荚变短增粗,表皮毛出现较晚,最终表皮毛数目与WT相一致。本研究通过对棉花果胶甲酯酶PMEs的家族的鉴定和表达差异分析,以及转基因拟南芥的表型分析,为进一步研究果胶甲酯酶PMEs对棉纤维发育的影响奠定了基础。