發(fā)布時間：2020-08-29 07:51

　　 棉花是一種在世界范圍內(nèi)普遍種植的重要經(jīng)濟(jì)作物,為紡織業(yè)提供纖維原料。已有研究表明,植物激素乙烯參與棉花種子萌發(fā),細(xì)胞和組織分化,棉花植株從營養(yǎng)生長到生殖生長的轉(zhuǎn)變,以及植株衰老等生理生化過程。作為乙烯生物合成的直接前體物質(zhì),1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)調(diào)節(jié)棉花營養(yǎng)枝生長、花的發(fā)生、結(jié)鈴、纖維起始發(fā)育、吐絮和植株響應(yīng)外界非生物性或生物性脅迫等眾多生物學(xué)過程。ACC合酶(ACC synthase,ACS)催化S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)轉(zhuǎn)變?yōu)锳CC,是植物體內(nèi)乙烯生物合成過程的限速酶。ACS活性在控制棉花生長發(fā)育、應(yīng)答逆境脅迫信號、農(nóng)藝性狀指標(biāo)、纖維產(chǎn)量和質(zhì)量品質(zhì)等方面起到了至關(guān)重要的作用。NCBI數(shù)據(jù)庫收錄了陸地棉基因組中22個GhACS基因的核苷酸及氨基酸序列信息。GhACS家族基因序列特征以及與其它物種ACS基因之間的進(jìn)化關(guān)系鮮少報道,其編碼蛋白理化性質(zhì)和氨基酸序列特征尚未有系統(tǒng)研究。與乙烯生物合成有關(guān)的GhACS家族成員在棉花不同生長發(fā)育時期的表達(dá)模式以及參與纖維起始發(fā)育的專一性調(diào)控需要進(jìn)一步研究。本論文檢索NCBI數(shù)據(jù)庫中GhACS家族基因信息發(fā)現(xiàn),陸地棉基因組中的22個GhACS基因有20個直接參與ACC合成;利用DNAMAN進(jìn)行核苷酸和蛋白質(zhì)序列相似性比對分析,采用MEGA-X進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析,結(jié)果顯示GhACS蛋白的氨基酸序列C末端差異較大。使用Disorder-Enhanced Phosphorylation Sites Predictor 1.3蛋白質(zhì)磷酸化位點預(yù)測軟件分析發(fā)現(xiàn),這20個GhACS基因具有多個潛在的絲氨酸磷酸化位點,可能關(guān)系到蛋白質(zhì)穩(wěn)定性以及與其它因子的相互作用。實時熒光定量PCR檢測結(jié)果表明,GhACS家族中GhACS1、GhACS2、GhACS4、GhACS6、GhACS10、GhACS12在棉花不同發(fā)育階段不同組織中mRNA水平呈現(xiàn)明顯的時空表達(dá)特異性。在以上分析基礎(chǔ)上,以YU668為受體,采用基因編輯技術(shù)對其中兩個成員基因啟動子區(qū)序列進(jìn)行編輯,構(gòu)建并獲得初步認(rèn)為具有過表達(dá)GhACS基因性狀的兩個陸地棉新株系1(N1)和新株系2(N2),新株系中兩個GhACS基因表達(dá)活性升高。觀察棉花新株系的各種農(nóng)藝性狀發(fā)現(xiàn):在開封試驗田,安陽試驗田和阿拉爾試驗田中,新株系棉花與野生型相比單株結(jié)鈴數(shù)增多,平均單鈴重增加,纖維產(chǎn)量增多。同一試驗田內(nèi)新株系棉花纖維明顯長于野生型;新株系棉花馬克隆值均低于野生型,表明新株系棉花纖維細(xì)度和成熟度優(yōu)于野生型。棉花生長發(fā)育期累積日照時數(shù)的增長為纖維發(fā)育提供有利條件,使得棉纖維使用價值較高。棉花胚珠表皮細(xì)胞中蔗糖的積累和分解對于棉纖維的起始發(fā)育非常關(guān)鍵。蔗糖合酶可以將蔗糖分解為二磷酸尿苷葡萄糖和果糖,在纖維細(xì)胞伸長和次生細(xì)胞壁合成過程中起重要作用。檢測結(jié)果表明,新株系棉花開花前1天(-1 days post-anthesis,-1 DPA)到開花后7天(7 days post-anthesis,7 DPA)的胚珠表皮細(xì)胞中蔗糖積累以及蔗糖合酶活性明顯高于YU668。進(jìn)一步探索這兩個GhACS表達(dá)活性影響陸地棉生長發(fā)育的機(jī)制發(fā)現(xiàn),新株系棉花葉片和胚珠中雷帕霉素靶蛋白(Target of rapamycin,TOR)的表達(dá)水平明顯上調(diào),蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白(Sucrose transporters,SUT)和SWEET(Sugars Will Eventually Be Exported Transporter)基因家族的mRNA水平均有不同程度的升高,暗示可能由于這兩個GhACS表達(dá)活性的升高,有利于蔗糖從苞葉和距離胚珠最近的葉片轉(zhuǎn)運到胚珠,為棉纖維起始發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)和能量來源,為纖維素的合成提供所需原料,表現(xiàn)為正向調(diào)控了纖維細(xì)胞起始發(fā)育。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S562
【部分圖文】：

圖.如門州門目‘〔

催化一個可逆反應(yīng)，該反應(yīng)偏向于將蔗糖分解為UDPG和果糖，其中一部分果糖在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列生理化學(xué)變化也轉(zhuǎn)變?yōu)閁DPG的形式，參與纖維素合成、淀粉合成等途徑（Taliercio et al., 2009）。如圖1-2所示，細(xì)胞中少數(shù)蔗糖合酶處于游離狀態(tài)，大部分則定位于細(xì)胞膜上，與質(zhì)膜部分緊密相連（Ruan et al., 2003）。圖 1-2 蔗糖合酶在胚珠表皮細(xì)胞膜積累（Ruan et al., 2003）(A) 預(yù)免疫血清處理0 DPA時WT胚珠縱切圖。(B) 蔗糖合酶多克隆抗體處理(A)材料后縱切圖。蔗糖合酶蛋白信號在胚珠表皮細(xì)胞（箭頭所示）被特異性地檢測到，而不是在胚珠其他部位。(C) 預(yù)免疫血清處理WT縱切圖。(D) 蔗糖合酶抗體處理(C)材料后，在胚珠表皮細(xì)胞和纖維起始部位表現(xiàn)出強(qiáng)烈的蔗糖合酶信號。(E) 擴(kuò)大對(D)材料觀察視野

與介導(dǎo)蔗糖在源組織細(xì)胞液泡中的卸載和庫組織細(xì)胞中等, 2007）。一組與SUT家族功能相似的SWEET（Sugars W Transporter）家族蛋白也被鑒定，它們負(fù)責(zé)調(diào)控蔗糖從細(xì)面的轉(zhuǎn)移（Eom et al., 2015）。目前在陸地棉纖維發(fā)育過員有SUT1、SUT2、SUT3和SWEET1、SWEET5、SWEET6、雷帕霉素靶蛋白是糖類代謝和轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的 雷帕霉素靶蛋白的生理功能素靶蛋白（Target of rapamycin, TOR）是一種絲氨酸/蘇氨酶家族，被認(rèn)為是生物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)，能量代謝，激素中心協(xié)調(diào)者（圖 1-3）。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2808286