棉花是最重要的天然纖維作物。棉花種仁含油量達(dá)30%³8%,并富含油脂和蛋白質(zhì),也是優(yōu)質(zhì)食用油和蛋白來(lái)源。同步提高棉花纖維和種子的單產(chǎn)、改進(jìn)棉花纖維品質(zhì)是我國(guó)現(xiàn)階段棉花育種需要解決的主要問(wèn)題。然而,棉花纖維由棉花外種皮發(fā)育而來(lái),種胚與纖維發(fā)育存在碳源競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。因此,種子產(chǎn)量與纖維產(chǎn)量往往難以同時(shí)提高。另外,棉花纖維的產(chǎn)量與品質(zhì)性狀存在遺傳上的負(fù)連鎖,同步提高棉花種子與纖維的產(chǎn)量、改進(jìn)纖維品質(zhì)的育種難度更大。蔗糖是高等植物光合產(chǎn)物從“源”向“庫(kù)”轉(zhuǎn)運(yùn)的主要形式,并作為信號(hào)分子參與了細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo),影響作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量以及品質(zhì)。糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SUTs以及SWEETs控制了植物中蔗糖的分配與運(yùn)輸。解決種胚與纖維發(fā)育之間的碳源競(jìng)爭(zhēng)矛盾的有效途徑是向它們提供充足的碳水化合物,促進(jìn)棉花纖維和種胚的共同發(fā)育。為此,本文研究了蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)棉花纖維和種子發(fā)育的影響,通過(guò)表達(dá)SUTs和SWEETs基因,定向調(diào)控蔗糖在棉花胚(種子)和纖維中的分配,以期同步提高棉花纖維和種子產(chǎn)量、改進(jìn)纖維品質(zhì)。結(jié)果表明:(1)庫(kù)器官特異表達(dá)玉米蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ZmSUT1可以促進(jìn)光合產(chǎn)物向靶器官運(yùn)輸,增加庫(kù)強(qiáng),...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 植物光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和分配
        1.1.1 韌皮部的結(jié)構(gòu)
        1.1.2 韌皮部的運(yùn)輸機(jī)制
    1.2 蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白研究進(jìn)展
        1.2.1 SUTs蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白研究進(jìn)展
        1.2.2 SWEETs糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白研究進(jìn)展
        1.2.3 蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與宿主與病原菌互作
        1.2.4 操縱蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白提高作物產(chǎn)量研究
    1.3 種子發(fā)育和萌發(fā)的分子調(diào)控
        1.3.1 種子發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控
        1.3.2 種子發(fā)育的表觀遺傳調(diào)控
        1.3.3 種子發(fā)育以及萌發(fā)的激素調(diào)控
        1.3.4 種子發(fā)育以及萌發(fā)的糖信號(hào)調(diào)控
    1.4 棉花種子與纖維發(fā)育
        1.4.1 棉花種子發(fā)育的獨(dú)特性
        1.4.2 糖與棉花纖維發(fā)育
        1.4.3 ROS與棉花纖維發(fā)育
        1.4.4 棉花纖維發(fā)育分子機(jī)理
第2章 引言
    2.1 研究意義以及立題依據(jù)
    2.2 技術(shù)路線
第3章 材料與方法
    3.1 材料
        3.1.1 植物材料
        3.1.2 菌株和載體
        3.1.3 主要藥品試劑
        3.1.4 主要儀器設(shè)備
        3.1.5 主要緩沖液與培養(yǎng)基配制
    3.2 方法
        3.2.1 主要載體構(gòu)建
        3.2.2 酵母表達(dá)蔗糖和生物素吸收功能測(cè)定
        3.2.3 棉花遺傳轉(zhuǎn)化
        3.2.4 胚珠離體培養(yǎng)
        3.2.5 植物總RNA提取及c DNA合成
        3.2.6 qRT-PCR分析
        3.2.7 可溶性糖、淀粉和纖維素含量測(cè)定
        3.2.8 mRNA原位雜交
        3.2.9 黑暗誘導(dǎo)衰老
        3.2.10 衰老相關(guān)生理變化測(cè)定
        3.2.11 干物質(zhì)測(cè)定
        3.2.12 棉花葉片光合速率測(cè)定
        3.2.13 棉花產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)
        3.2.14 纖維起始觀察以及數(shù)量統(tǒng)計(jì)
        3.2.15 每粒種子上成熟纖維數(shù)目統(tǒng)計(jì)
        3.2.16 纖維長(zhǎng)度以及品質(zhì)測(cè)定
        3.2.17 纖維細(xì)胞透射電鏡觀察
        3.2.18 纖維總單元(Total fiber units)檢測(cè)
        3.2.19 ROS組織化學(xué)染色
        3.2.20 木質(zhì)素含量檢測(cè)
        3.2.21 H₂O₂ 含量測(cè)定
        3.2.22 呼吸速率檢測(cè)
        3.2.23 線粒體氧化磷酸化相關(guān)酶酶活測(cè)定
        3.2.24 GUS組織化學(xué)染色
        3.2.25 α-淀粉酶與蔗糖合酶酶活測(cè)定
        3.2.26 煙草瞬時(shí)表達(dá)
        3.2.27 雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)
        3.2.28 石蠟切片
        3.2.29 ABA提取與測(cè)定
第4章 結(jié)果與分析
    第一部分 表達(dá)玉米蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因ZmSUT1 與棉花光合產(chǎn)物分配
        4.1.1 葉片中衰老誘導(dǎo)表達(dá)ZmSUT1 促進(jìn)棉花葉片可溶性糖積累
        4.1.2 衰老葉片表達(dá)ZmSUT1 延緩了葉片衰老、降低了光合效率
        4.1.3 種皮特異表達(dá)ZmSUT1 促進(jìn)胚珠表皮和纖維蔗糖積累、提高植株光合效率
        4.1.4 種皮特異表達(dá)ZmSUT1 提高了棉花種子和纖維產(chǎn)量
        4.1.5 小結(jié)
    第二部分 蔗糖-ROS與棉花纖維起始、伸長(zhǎng)以及次生壁合成
        4.2.1 高親和特異向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蔗糖的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白UmSRT1 功能驗(yàn)證
        4.2.2 種皮特異表達(dá)Um SRT1 促進(jìn)了可溶性糖在發(fā)育早期的纖維中積累
        4.2.3 種皮特異表達(dá)Um SRT1 促進(jìn)了纖維細(xì)胞起始
        4.2.4 種皮特異表達(dá)Um SRT1 促進(jìn)了纖維早期伸長(zhǎng)但成熟纖維變短
        4.2.5 蔗糖促進(jìn)纖維細(xì)胞次生壁合成
        4.2.6 蔗糖促進(jìn)糖代謝以及線粒體的氧化磷酸化,加強(qiáng)了細(xì)胞的呼吸作用
        4.2.7 蔗糖促進(jìn)細(xì)胞中ROS的生成
        4.2.8 糖代謝產(chǎn)生的ROS參與纖維細(xì)胞起始、伸長(zhǎng)和次生壁合成
        4.2.9 增加蔗糖促進(jìn)了纖維細(xì)胞中黃酮類(lèi)化合物的合成
        4.2.10 蔗糖和ROS與木質(zhì)素合成
        4.2.11 小結(jié)
    第三部分 棉花蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GhSWEET15和GhSUT5 的功能
        4.3.1 棉花的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因及其在高糖纖維細(xì)胞中的表達(dá)變化
        4.3.2 下調(diào)GhSUTs降低纖維中可溶性糖含量;而下調(diào)GhSWEETs增加可溶性糖在纖維中的積累
        4.3.3 下調(diào)GhSUTs和 GhSWEETs對(duì)纖維發(fā)育的影響
        4.3.4 纖維特異表達(dá)的蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的篩選
        4.3.5 GhSWEET15 在次生壁合成時(shí)期特異表達(dá)
        4.3.6 上調(diào)和下調(diào)GhSWEET15 轉(zhuǎn)基因材料的獲得與篩選
        4.3.7 上調(diào)GhSWEET15 降低了纖維細(xì)胞的蔗糖水平,而下調(diào)GhSWEET15 增加了纖維細(xì)胞的蔗糖積累
        4.3.8 特異上調(diào)GhSWEET15 抑制纖維次生壁合成
        4.3.9 GhSUT5 在種子發(fā)育后期優(yōu)勢(shì)表達(dá)
        4.3.10 GhSUT5 蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)檢測(cè)
        4.3.11 GhSUT5 對(duì)棉花胚珠和纖維中可溶性糖的調(diào)控
        4.3.12 下調(diào)GhSUT5 延遲胚的發(fā)育
        4.3.13 下調(diào)GhSUT5 種子萌發(fā)延遲
        4.3.14 GA抑制GhSUT5/AtSUC5 的表達(dá)
        4.3.15 AtWRKY27 直接參與了GA抑制AtSUC5 信號(hào)途徑
        4.3.16 AtWRKY27 的缺失(wrky27)阻斷了GA促進(jìn)種子萌發(fā)的信號(hào)
        4.3.17 wrky27-suc5 通過(guò)T6P/SnRK1 信號(hào)途徑抑制種子萌發(fā)
        4.3.18 RGL2 正向調(diào)控WRKY27/SUC5 轉(zhuǎn)錄
        4.3.19 小結(jié)
第5章 討論
    5.1 表達(dá)玉米ZmSUT1 改變了棉花光合產(chǎn)物的分配
        5.1.1 葉片衰老誘導(dǎo)表達(dá)ZmSUT1,延緩棉花衰老,但降低棉花產(chǎn)量
        5.1.2 種皮特異表達(dá)ZmSUT1 提高了棉花種子和纖維產(chǎn)量
    5.2 蔗糖代謝產(chǎn)生的ROS參與纖維細(xì)胞起始、伸長(zhǎng)以及次生壁合成
        5.2.1 蔗糖促進(jìn)纖維細(xì)胞起始、伸長(zhǎng)以及次生壁合成
        5.2.2 蔗糖代謝、ROS與纖維的起始和伸長(zhǎng)
        5.2.3 蔗糖與抗氧化系統(tǒng)以及木質(zhì)素合成相關(guān)
    5.3 GhSWEET15和GhSUT5 與纖維和種子中的碳分配
        5.3.1 GhSUTs和 GhSWEETs在纖維發(fā)育中具有不同的功能
        5.3.2 GhSWEET15 同纖維細(xì)胞次生壁合成相關(guān)
        5.3.3 GhSUT5 參與棉花胚的發(fā)育以及種子萌發(fā)
        5.3.4 DELLA-WRKY27-SUC5 早萌發(fā)的反饋調(diào)節(jié)信號(hào)
第6章 主要結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)和展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
    附錄1 :主要表達(dá)載體構(gòu)建路線圖
    附錄2 :論文使用相關(guān)引物
    附錄3 :縮略詞
    附錄4 :攻讀學(xué)位期間參與課題及發(fā)表論文
致謝



本文編號(hào)：3797752