棉花GhPAP1的转基因功能研究

【摘要】花色素苷是一种可使植物花朵、果实等器官呈现红色、紫色或蓝色的水溶性色素,属于类黄酮物质。植物通过花色及果实颜色来吸引授粉者及种子传播者,另外花色素在保护叶片免受紫外线伤害、抵御低温、抵抗病虫害及植食性生物等方面也有很重要的作用。MYB蛋白(如拟南芥PAP1)是调控花色素合成的关键转录因子。前期研究表明棉花PAP1同源基因GhPAP1具有促进花色素合成的功能。本研究在表达分析的基础上,对GhPAP1基因功能和启动子表达特性进行了棉花转基因功能研究。主要结果如下：1.棉花红色植株性状是由于花色素的积累造成的通过检测分离世代中红色植株与绿色植株的花色素含量和花色素合成途径结构基因GhCHS1、GhANS1、GhGT13,以及花色素调节基因GhPAP1的表达量,发现红色植株的花色素含量、花色素合成结构基因和GhPAP1的表达量显著高于绿色植株,且与红色植株共分离,表明棉花红色植株性状由花色素决定,而GhPAP1与红色植株的花色素合成调控密切相关。2.超量表达GhPAP1基因可促进花色素的合成利用农杆菌介导法将GhPAP1的超量表达载体转入绿色植株棉花冀棉14号。超量表达GhPAP1棉花的叶片、茎、花、胚珠等组织呈现深紫色,其花色素含量相比于野生型大幅度提高,表明超量表达GhPAPl基因可促使花色素在相关位置合成和积累。但是,在超量表达GhPAPl棉花的纤维中却未发现相应的颜色变化。3.GhPAP1调控花色素合成途径的结构基因通过qRT-PCR方法检测了超量表达GhPAP1的转基因植株叶片和纤维中的花色素合成途径各结构基因表达水平。结果发现在这两个部位中,转基因植株的花色素合成途径结构基因CHS、CHI、ANS、DFR、GT13的转录水平都相应提高。4.GhPAP1的超量表达可缩短棉花纤维长度对超量表达GhPAP1的转化子及野生型分别进行纤维长度测量,发现超量表达植株的纤维长度显著短于野生型。对开花当天及开花后1天的胚珠表皮扫描电镜观察也发现纤维细胞的突起进程受到阻滞。这表明超量表达GhPAP1可抑制棉花纤维发育。5.GhPAP1的启动子活性分析将GhPAP1的启动子融合GUS基因构建植物表达载体pBI121-pGhPAPl::GUS,利用农杆菌介导法将其转入冀棉14材料中,经PCR验证共获得4株阳性转基因植株。对其进行GUS组织化学特异性分析显示,在转基因植株的根、茎、叶营养器官及花、胚珠中均有蓝色出现,表明GhPAP1基因可在相应部位表达,说明GhPAP1的启动子在棉花体内的相应部位有活性。上述结果显示,上调GhPAP1基因促进棉花中花色素含量的合成积累,GhPAP1启动子能控制下游基因的表达,说明GhPAP1基因在红色植株棉花的花色素合成中具有重要作用。
【作者】李鑫；
【导师】肖月华；
【作者基本信息】西南大学，生物化学与分子生物学，2014，硕士
【关键词】棉花；GhPAP1；花色素；

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