【摘要】：棉花是我國主要經(jīng)濟(jì)作物之一,最重要的天然紡織原料來源。纖維素合成與積累的過程,可以直接決定棉花纖維的品質(zhì)。纖維素合酶復(fù)合體(CSC)由多種纖維素合酶(CesA)及其結(jié)合蛋白組成,纖維素合酶是合成纖維素的關(guān)鍵因子,而與之結(jié)合的其它蛋白對纖維素的生物合成具有輔助和調(diào)控作用。目前在棉花中已經(jīng)鑒定了SGT2、CDPK32和CesA8基因,其中SGT2和CesA8基因可能與棉花纖維次生壁中纖維素的合成有關(guān)。而CDPK32可能作為纖維素合酶的結(jié)合蛋白,參與復(fù)合體的組裝和活性調(diào)節(jié)等過程。關(guān)于棉花SGT2、CDPK32和CesA8基因在纖維素合成和植株生長發(fā)育等過程中的作用仍然未知。本文初步研究了GhSGT2、GhCDPK32和GhCesA8基因在植物纖維素合成與細(xì)胞壁建成、植物生長發(fā)育與逆境調(diào)控等過程中的功能。主要結(jié)果如下:1.擬南芥中異源表達(dá)GhSGT2基因,轉(zhuǎn)基因株系的株高顯著增加,其中OE-8和OE-10兩個(gè)株系增加幅度超過12%;幼苗的生育期提前、根長伸長,長度增加28%以上;同時(shí)轉(zhuǎn)基因植株維管束木質(zhì)纖維細(xì)胞的細(xì)胞壁厚度顯著增加,主要是次生壁的加厚,達(dá)到32%;轉(zhuǎn)基因株系中纖維素、果膠和可溶性糖的含量增加,半纖維素的含量減少;逆境處理?xiàng)l件下,轉(zhuǎn)基因株系中幼苗的生長發(fā)育狀況明顯優(yōu)于對照,GhSGT2基因提高了擬南芥幼苗對逆境的耐受性。2.擬南芥中異源表達(dá)GhCDPK32基因,轉(zhuǎn)基因株系的株高和幼苗的生長發(fā)育狀況明顯得到改善,其中轉(zhuǎn)基因植株株高增加12%-15%,幼苗中根長增加47%以上;轉(zhuǎn)基因擬南芥維管束木質(zhì)纖維細(xì)胞的細(xì)胞壁厚度顯著減少,其中初生壁厚度減少24%、次生壁厚度減少34%;轉(zhuǎn)基因株系中果膠和可溶性糖含量顯著增加,而和木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的含量顯著減少;逆境脅迫條件下,轉(zhuǎn)基因株系中幼苗生長發(fā)育狀況得到明顯改善、耐受性增強(qiáng)。3.擬南芥中異源表達(dá)GhCesA8基因,轉(zhuǎn)基因株系的表型無明顯變化,同時(shí)幼苗生長發(fā)育也無明顯不同;觀察維管束木質(zhì)纖維細(xì)胞的細(xì)胞壁厚度,轉(zhuǎn)基因株系中初生壁和次生壁的厚度均顯著降低;同時(shí),轉(zhuǎn)基因株系中半纖維素的含量顯著降低;逆境(低溫、高溫和鹽)脅迫條件下,GhCesA8轉(zhuǎn)基因株系與對照的幼苗生長發(fā)育狀況也基本一致。4.SGT2、CDPK32和CesA8基因主要在20-30 dpa的纖維中表達(dá),可能與棉花纖維次生壁中纖維素的合成有關(guān)。其中,CDPK32基因在10 dpa的纖維中也有較高的含量,可能與纖維的起始發(fā)育有關(guān)。幼苗生長發(fā)育時(shí)期,陸地棉與海島棉中SGT2、CDPK32和CesA8基因的表達(dá)模式存在較大差異。其中SGT2和CesA8主要在葉片中表達(dá),陸地棉中的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于海島棉,這可能與海島棉幼苗發(fā)育較緩有關(guān)。5.Co-IP結(jié)果表明,CesA8與SGT2和CDPK32之間可能存在互作,SGT2和CDPK32之間的互作關(guān)系待進(jìn)一步確定。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S562
【圖文】：

棉花 SGT2、CDPK32 和 CesA8 基因的功能分析壁層，主要包括果膠、半纖維素、纖維素和一些結(jié)構(gòu)蛋白等組分（Somerville et al 200Popper 2008）。當(dāng)植物細(xì)胞伸長開始停止后，次生壁通過初生壁內(nèi)側(cè)的逐步加厚而成，會(huì)發(fā)生木質(zhì)化。次生壁中一般含有半纖維素、纖維素以及木質(zhì)素等組分，根據(jù)沉積的位置又可分為內(nèi)層、中層和外層 3 個(gè)部分。在相鄰的兩個(gè)細(xì)胞之間，還有一層通過細(xì)胞板發(fā)育而來的膜，即胞間層。胞間層含有豐富的果膠質(zhì)，具有很強(qiáng)的親水性。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆碩士研究生學(xué)位（畢業(yè)）論文數(shù)目不同，在綠豆和芹菜等植物中報(bào)道纖維素可能由 18 條或 24 條微纖絲組成（Kennedy et al 2007, Newman et al 2013）。纖維素是細(xì)胞壁的骨架成分，其主要性狀特征包括聚合度（Degree of polymerization, DP）和結(jié)晶度（Crystallinity index, CrI）。

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