目的:天然彩色棉是一種纖維成熟吐絮時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,其織物具有無化學殘留、親膚、抗菌等優(yōu)良性能,市場潛力和經(jīng)濟效益很高。但是天然彩色棉纖維顏色單調,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-轉錄調控網(wǎng)絡,挖掘控制天然彩色棉纖維色素合成及調控基因,對天然彩色棉纖維品質和色澤品質改良具有重要的意義。方法:本研究利用轉錄組和代謝組學方法對綠色棉及其近等基因系白色棉12、18和24 DPA纖維的轉錄物和代謝物進行比較;對綠色棉纖維色素合成的核心基因Gh4CL的家族成員進行全基因組鑒定和生物信息學分析,并對在綠色棉纖維中表達的Ⅰ類和Ⅱ類Gh4CL進行酶動力學分析;構建Gh4CL基因CRISPR/Cas9基因編輯敲除和過表達載體,遺傳轉化綠色棉,對獲得的再生植株進行鑒定和分析。結果和結論:（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個非冗余差異代謝物,富集到8... 

【文章來源】：石河子大學新疆維吾爾自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：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作為關鍵分支點酶的作用（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，目前已對多個物種的4CL家族成員進行了鑒定，例如擬南芥（Costaetal.,2003）、水稻（Guietal.,2011;Sunetal.,2013）、毛果楊（Shietal.,2010）、碭山梨（曹運鵬等，2015）、丹參（Wangetal.,2014）、大豆（Lindermayretal.,2002）、覆盆子（Kumaretal.,2001）和菘藍（周洵，2013）。4CL氨基酸序列包含兩個保守的多肽基序BoxⅠ（SSGTTGLPKGV）和BoxⅡ（GEICIRG）。N端保守多肽基序BoxI為AMP結合結構域，不僅在4CL家族中高度保守，在熒光素酶、乙酰CoA合成酶、長鏈脂肪�；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為4CL的絕對保守域，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，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，推測這一多肽序列可能與穩(wěn)定蛋白活性空間構象相關（ZhangandChang,1997;OhmiyaandTsuji,1997;Stuibleetal.,2000;StuibleandKombrink,2001）。

綠色棉纖維轉錄組分析及4CL基因家族的鑒定12第二章綠色棉纖維轉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。前人對綠色棉纖維色素物質進行提取和分離，包含兩部分物質，根據(jù)光譜特性推測其黃色組分為咖啡酸酯，質譜鑒定咖啡酸為其無色組分唯一的酚類物質（Schmutzetal.,1993;Schmutzetal.,1994）。進一步研究表明，綠色棉主要色素物質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-咖啡酰基-22-羥基二十二烷酸（楊永林等，2009;Maetal.,2015;Fengetal.,2017）。雖然已經(jīng)對綠色棉纖維色素物質進行了鑒定，但其形成的分子機制仍有待深入研究。本實驗以綠色棉（新彩棉7號）及其白色棉近等基因系三個發(fā)育時期（12，18和24DPA）纖維為材料，通過轉錄組測序和代謝組分析的方法來探索綠色棉纖維發(fā)育過程中色素物質形成的物質基礎和分子機制。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（C7）及其白色棉近等基因系（C7-NIL），種植于石河子大學試驗場二連棉花所（44°27N，85°94E）。在棉花盛花期（7月份）開花當天掛牌標記，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胞，液氮中速凍后保存于-80℃冰箱備用。綠色棉纖維（GCF）在三個時期分別命名為G12，G18和G24。白色棉纖維（WCF）在三個時期分別命名為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：3245832