目的:天然彩色棉是一種纖維成熟吐絮時(shí)自身具有顏色的棉花。天然彩色棉纖維作為一種環(huán)境友好型材料,其織物具有無化學(xué)殘留、親膚、抗菌等優(yōu)良性能,市場(chǎng)潛力和經(jīng)濟(jì)效益很高。但是天然彩色棉纖維顏色單調(diào),色牢度和色飽和度低的問題限制了其發(fā)展。由于缺乏除棕色和綠色之外的其他彩色棉種質(zhì)資源,無法用常規(guī)育種手段改良彩色棉品種。因此,明確纖維色素合成的代謝-轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò),挖掘控制天然彩色棉纖維色素合成及調(diào)控基因,對(duì)天然彩色棉纖維品質(zhì)和色澤品質(zhì)改良具有重要的意義。方法:本研究利用轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)方法對(duì)綠色棉及其近等基因系白色棉12、18和24 DPA纖維的轉(zhuǎn)錄物和代謝物進(jìn)行比較;對(duì)綠色棉纖維色素合成的核心基因Gh4CL的家族成員進(jìn)行全基因組鑒定和生物信息學(xué)分析,并對(duì)在綠色棉纖維中表達(dá)的Ⅰ類和Ⅱ類Gh4CL進(jìn)行酶動(dòng)力學(xué)分析;構(gòu)建Gh4CL基因CRISPR/Cas9基因編輯敲除和過表達(dá)載體,遺傳轉(zhuǎn)化綠色棉,對(duì)獲得的再生植株進(jìn)行鑒定和分析。結(jié)果和結(jié)論:（1）綠色棉及其近等基因系白色棉12、18和24 DPA纖維的代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在綠色棉纖維（GCF）和白色棉纖維（WCF）中共有2047個(gè)非冗余差異代謝物,富集到8... 

【文章來源】：石河子大學(xué)新疆維吾爾自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

白色棉和綠色棉纖維的橫切面（Yatsuetal.，1983）

綠色棉纖維轉(zhuǎn)錄組分析及4CL基因家族的鑒定8圖1-2苯丙烷途徑及4CL作為關(guān)鍵分支點(diǎn)酶的作用（Lavhaleetal.,2018）Fig.1-2Generalphenylpropanoidpathwayandroleof4CLasakeybranchpointenzyme(Lavhaleetal.,2018)1.2.14CL基因家族分析在植物中，4CL通常以基因家族形式存在，目前已對(duì)多個(gè)物種的4CL家族成員進(jìn)行了鑒定，例如擬南芥（Costaetal.,2003）、水稻（Guietal.,2011;Sunetal.,2013）、毛果楊（Shietal.,2010）、碭山梨（曹運(yùn)鵬等，2015）、丹參（Wangetal.,2014）、大豆（Lindermayretal.,2002）、覆盆子（Kumaretal.,2001）和菘藍(lán)（周洵，2013）。4CL氨基酸序列包含兩個(gè)保守的多肽基序BoxⅠ（SSGTTGLPKGV）和BoxⅡ（GEICIRG）。N端保守多肽基序BoxI為AMP結(jié)合結(jié)構(gòu)域，不僅在4CL家族中高度保守，在熒光素酶、乙酰CoA合成酶、長(zhǎng)鏈脂肪�；鵆oA合成酶和肽合成酶中也高度保守，是4CL蛋白催化底物的活性中心（GochtandMarahiel,1994;Stachelhausetal.,1999;Stuibleetal.,2000;Branchinietal.,2000;Challis,2000;StuibleandKombrink,2001）。BoxⅡ?yàn)?CL的絕對(duì)保守域，僅在極少數(shù)4CL氨基酸序列有輕微不同。該保守域的半胱氨酸殘基（Cys）可能參與催化反應(yīng)，將Cys突變?yōu)楸彼幔ˋla）后仍具有酶活性，但BoxⅡ缺失酶活性則完全喪失，推測(cè)這一多肽序列可能與穩(wěn)定蛋白活性空間構(gòu)象相關(guān)（ZhangandChang,1997;OhmiyaandTsuji,1997;Stuibleetal.,2000;StuibleandKombrink,2001）。

綠色棉纖維轉(zhuǎn)錄組分析及4CL基因家族的鑒定12第二章綠色棉纖維轉(zhuǎn)錄組及代謝組分析綠色棉纖維在20DPA左右開始顯現(xiàn)綠色，并隨著纖維發(fā)育顏色逐漸加深（Lietal.,2013）。但綠色棉纖維在成熟后，顏色不穩(wěn)定，易受酸堿，金屬離子，光照等的影響。前人對(duì)綠色棉纖維色素物質(zhì)進(jìn)行提取和分離，包含兩部分物質(zhì)，根據(jù)光譜特性推測(cè)其黃色組分為咖啡酸酯，質(zhì)譜鑒定咖啡酸為其無色組分唯一的酚類物質(zhì)（Schmutzetal.,1993;Schmutzetal.,1994）。進(jìn)一步研究表明，綠色棉主要色素物質(zhì)為咖啡酸及咖啡酸衍生物22-O-咖啡�；�-22-羥基二十二酸單甘油酯和22-O-咖啡�；�-22-羥基二十二烷酸（楊永林等，2009;Maetal.,2015;Fengetal.,2017）。雖然已經(jīng)對(duì)綠色棉纖維色素物質(zhì)進(jìn)行了鑒定，但其形成的分子機(jī)制仍有待深入研究。本實(shí)驗(yàn)以綠色棉（新彩棉7號(hào)）及其白色棉近等基因系三個(gè)發(fā)育時(shí)期（12，18和24DPA）纖維為材料，通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和代謝組分析的方法來探索綠色棉纖維發(fā)育過程中色素物質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和分子機(jī)制。2.1材料與方法2.1.1材料植物材料：所用材料為綠色棉品種新彩棉7號(hào)（C7）及其白色棉近等基因系（C7-NIL），種植于石河子大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)二連棉花所（44°27N，85°94E）。在棉花盛花期（7月份）開花當(dāng)天掛牌標(biāo)記，收集12，18和24DPA（dayspostanthesis，開花后天數(shù)）的棉鈴，從胚珠上剝離纖維細(xì)胞，液氮中速凍后保存于-80℃冰箱備用。綠色棉纖維（GCF）在三個(gè)時(shí)期分別命名為G12，G18和G24。白色棉纖維（WCF）在三個(gè)時(shí)期分別命名為W12，W18和W24（圖2-1）。圖2-112DPA，18DPA和24DPA的綠色棉纖維和白色棉纖維Fig.2-1FiberoftheGCFandWCFat12,18,and24DPA


本文編號(hào)：3245832