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棉纤维是全世界纺织工业最重要的天然原料来源,研究棉纤维发育的分子机制对于改善和提高纤维品质具有指导意义。棉纤维发育是由一系列基因共同调控的,同时还受到内源激素与外界环境的影响。植物激素是一类小分子大功效的物质,其中油菜素内酯(BR)对棉纤维发育具有重要作用。我们通过筛选棉纤维的酵母双杂交cDNA文库,获得一个能够与棉花14-3-3蛋白相互作用的蛋白GhBZR1,这个蛋白涉及到参与棉纤维发育的BR信号调控通路。本文研究了GhBZR1在棉纤维发育中的功能,取得初步的进展,结果如下：1、GhBZR1蛋白序列及系统进化分析蛋白质序列分析表明,GhBZR1与雷蒙德氏棉BZR1蛋白同源性最高,与油菜BZR1、黄瓜BZRl同源性较高。不同物种间BZR1蛋白序列相当保守,均含有一个DUF822结构域,这暗示BZR1在植物生长发育中具有非常重要的作用。系统进化分析发现棉花BZR1与野大豆和黄瓜BZR1亲缘关系很近,与拟南芥BZR1属于不同的进化分支。此外,不同物种间BZR1蛋白与BZR2/BES1蛋白在进化关系上属于不同分支,暗示它们是分歧进化的。2、GhBZR1促进棉纤维的发育为了探究GhBZR1在棉纤维发育中的功能,构建了该基因的过量表达载体和RNAi载体,通过农杆菌介导的棉花遗传转化技术,分别获得GhBZR1过量表达转基因棉花株系和RNAi转基因棉花株系。通过观察开花后一天的胚珠表面发现,与野生型相比,GhBZR1过量表达棉花胚珠表面纤维细胞快速伸长,而GhBZR1抑制表达的棉花纤维细胞发育明显滞后,细胞伸长不明显。分别统计野生型、GhBZR1过量表达和抑制表达株系棉花的成熟纤维长度,结果表明,与野生型相比,过量表达转基因棉花成熟纤维长度显著增长,而抑制表达株系纤维长度明显变短。这说明GhBZR1在棉纤维发育过程中发挥重要作用,能够促进棉纤维细胞伸长发育,增加成熟纤维长度,提高棉纤维品质。3、GhBZR1与其它蛋白的相互作用为了探究GhBZR1促进棉纤维发育的分子机理,利用酵母双杂交技术,在棉花纤维cDNA文库中筛选鉴定出能够与GhBZR1相互作用的蛋白。由于GhBZR1为转录因子,具有转录自激活活性,因此基于GhBZR1的蛋白结构,截短该基因序列,构建了包括蛋白结构域在内的不同融合载体。通过自激活活性检测,GhBZR1A和GhBZR1C均没有转录自激活活性,可以进行后续的实验。选择序列较长的GhBZR1C作为诱饵蛋白,筛查棉纤维cDNA文库,共获得343个克隆,其中目的条带大于750bp的有133个克隆。将这133个克隆进行测序,最终筛选出能与GhBZR1相互作用的蛋白。该实验还在进行当中。4、转基因棉花纤维转录组分析为了研究GhBZR1在棉纤维发育中的调控机制,对转基因棉花纤维进行转录组分析。分别收取野生型、GhBZR1过量表达和RNAi转基因棉花的10天纤维材料,提取RNA后进行转录组测序。对其结果进行分析,发现GhBZR1是BR信号通路中非常关键的转录因子,其表达量的变化引起了一系列BR信号通路中下游基因表达水平的变化,这些基因涉及棉纤维发育的许多方面。在GhBZR1转基因棉花纤维中,由于GhBZR1表达量的变化引起了1010个基因的表达水平发生变化。对这些基因涉及的功能进行分类,发现它们不仅参与到棉纤维发育的主要过程中,还参与植物激素的信号转导过程,从而调控棉纤维的发育,它们在棉纤维发育过程中涉及的细胞伸长、膨胀、细胞壁合成等方面发挥重要作用。这些结果说明GhBZR1通过调控BR信号通路中一系列下游基因的表达,对棉纤维生长发育起十分关键的调控作用。GhBZR1在BR信号通路中不仅能调控下游基因的表达,还能对其上游的关键组分起到反馈调节作用。此外,我们还发现,油菜素内酯与其它植物激素之间发生交叉通路,GhBZR1表达量的变化影响其他植物激素的信号转导过程,各个植物激素转导途径是一个既彼此独立又相互联系的信号网络。上述研究结果为棉纤维发育的调控机制研究提供了有价值的科学资料,完善了BR信号转导在棉纤维发育过程的作用机制,同时为BR与其它植物激素之间的相互作用提供了一些实验证据。