棉花T-DNA激活标签突变体pag1分子机制的研究与应用

【摘要】棉花是世界上最重要的纤维作物。世界人口迅速增长，可用耕地持续减少，只有提高亩产量和纤维品质才能应对全球持续增长的棉花需求。陆地棉(GossypiumhirsutumL.)是异源四倍体棉花，也是种植面积最广的棉花，大概占到全部棉花产量的95%。株高不仅是影响棉花株型的决定因素，也是决定产量的重要农艺性状。半矮化且侧枝较短的株型能够使棉花充分利用空间结构，增强抗倒伏能力，获得最佳产量。油菜素内酯（BR）是调节植物株型的重要因素，大田喷施和体外培养也已证实油菜素内酯能够促进棉花纤维的伸长，但是BR调节纤维伸长的机制仍不清楚。本研究以陆地棉T-DNA插入矮化突变体pag1(pagoda1)为研究材料，研究了其形态特征、生理生化特点和遗传特性，利用激活标签克隆了造成突变表型的基因，验证了基因功能；利用该油菜素内酯缺陷型突变体探究BR影响纤维发育的分子机理，为棉花株型的改良、产量和纤维品质的提高提供理论依据和支撑。主要研究结果如下：1.首次利用T-DNA激活标签技术，从四倍体棉花中创制了功能获得型突变体pag1，pag1表现出叶片褶皱暗绿、叶柄缩短、育性降低、纤维缩短和强度降低。细胞学观察表明pag1矮化紧缩的表型是由于细胞的伸长和扩展受到抑制造成的。在黑暗条件下pag1仍具有光形态建成反应，施加外源油菜素内酯能够恢复其生长，并且pag1中BR合成的基因受到反馈调节而表达上调，表明pag1不是一个BR不敏感型突变体而是BR缺陷型突变体。2.遗传分析表明该突变体是由显性单基因控制的，并且突变表型和T-DNA标签紧密连锁，进一步分析表明激活标签插入到一个P450基因的上游，表达分析证实该基因被激活表达。在拟南芥中超表达该基因后能够重演pag1的矮化表型，并且矮化表型可以被BL处理所恢复。上述结果表明该基因的超表达就是造成pag1矮化的原因，将其命名为PAG1。PAG1的表达受BR和光诱导，PAG1与CYP734A1相似程度较高，拟南芥CYP734A1能够使体内活性BR的失活，因此PAG1可能也参与了类似的BR失活反应。3.利用组成型启动子驱动PAG1可获得基因表达量不同的转化体，且转化体的株高与基因表达量成反比，该结果表明可以通过调控PAG1的表达量来调节转基因植物的株高。将来自于棉花的PAG1基因转化单子叶模式植物水稻后也能造成矮化的表型，这表明PAG1也可调节单子叶植物的株型。BR局部处理和嫁接实验证明BR在棉花体内不能进行长距离运输，这为利用PAG1特异调节内源BR含量提供了可能。利用绿色组织特异启动子驱动PAG1转化拟南芥后能够获得对生殖生长影响较弱但株型得到明显改变的转化体，这表明可以利用组织特异的启动子驱动PAG1的表达特定地改良植物株型。4.BR的合成和代谢同时进行，精密调控内源BR含量，以保证植物的正常生长和发育。PAG1在棉花纤维的起始和伸长期表达提高，可能在棉花纤维发育中起重要作用。pag1的成熟纤维长度显著缩短；体外胚珠培养条件下，pag1纤维仍然显著短于野生型，而在培养基中添加BL后能够恢复其纤维伸长，表明PAG1过表达导致内源BR失活从而抑制了纤维伸长。纤维的转录组分析表明，PAG1通过调节内源BR含量影响纤维发育，BR可能是通过影响超长链脂肪酸的合成来调节乙烯信号转导途径；BR缺陷影响了脂肪酸合成、乙烯信号转导、钙离子信号转导、细胞壁、细胞骨架和细胞生长相关基因的表达；这暗示BR可能是纤维发育的中枢调节因子，其处于调节纤维发育相关因子的上游，通过影响其他纤维发育相关途径调控纤维伸长。通过特异调节PAG1的表达有望在棉花株型和纤维品质改良方面发挥重要作用。
【作者】杨作仁；
【导师】李付广；
【作者基本信息】中国农业科学院，生物化学与分子生物学，2014，博士
【关键词】T-DNA突变体；激活标签；油菜素内酯；株型；纤维伸长机制；

【参考文献】
[1]贺树峰.湘潭国家高新技术创业服务中心服务体系创新研究[D].湘潭大学,工商管理,2011,硕士.
[2]郭滨.壁面对涌升流流量影响的研究[D].杭州电子科技大学,机械电子工程,2014,硕士.
[3]曾海峰.葡聚糖包裹的纳米氟磷灰石示踪骨髓间充质干细胞[D].北京协和医学院,整形外科学（专业学位）,2014,博士.
[4]刘英.当今农民的生育观念形态及政治后果[D].华中师范大学,政治学理论,2013,硕士.
[5]王英华,朱云枫.巍巍洪泽湖大堤:功乎?过乎?[J].中国三峡建设.2007(05)
[6]曲德福.国有电子信息企业集团发展协同战略与实施研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[7]李星.论我国公民文化权利保障中的国家义务[D].河北师范大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[8]虞晓科.硝基取代苯羧酸配合物的晶体工程研究[D].宁波大学,无机化学,2014,硕士.
[9]林东泽.经皮螺钉内固定治疗不稳定骨盆后环损伤[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[10]马辉.动态背景下运动目标的提取[D].河北工业大学,应用数学,2004,硕士.
[11]戚竹.基于课程标准的高中化学必修模块教学深、广度研究[D].东北师范大学,教育,2012,硕士.
[12]王凯威.吉林省流动人口社会融入研究[D].吉林大学,人口学,2014,硕士.
[13]徐永庭.自行式铲运机的应用和经济性分析[J].建设机械技术与管理,2004,11:46-49.
[14]舒朝霞.犬小孢子菌脓癣株、头癣株、体癣株不同温度下生物学性状与基因分型的研究[D].大连医科大学,皮肤病与性病学,2012,硕士.
[15]柳爽.天津市财政转移支付的财力均等化效应分析[D].天津商业大学,产业经济学,2013,硕士.
[16]李莹.含钇纳米荧光材料的可控制备及性质研究[D].黑龙江大学,2014.
[17]黄毅.90后大学生忠孝意识研究[D].贵州财经大学,思想政治教育,2013,硕士.
[18]林岳萌,李子凌,刘志颖,朱亚刚,孙丽坤.核反应堆压力容器典型508-Ⅲ钢锻件的热处理[J].一重技术.1997(01)
[19]朱婵.我国政府公共工程审计现状及模式研究[D].云南财经大学,公共管理,2013,硕士.
[20]杨青.促进乙腈水溶液分离的离子液体设计与实验研究[D].华东理工大学,化学工程,2014,硕士.
[21]吴德琪.继往开来继续前进——祝贺《石油地球物理勘探》创刊25周年[J].石油地球物理勘探,1990,06:648.
[22]方家松.光导纤维热金属位置检测仪[J].冶金自动化,1980,04:57-59.
[23]王丽辉.三维点云数据处理的技术研究[D].北京交通大学,2011.
[24]张晖.髋关节置换术后足疗程应用利伐沙班预防深静脉血栓的疗效[D].山西医科大学,骨外科学（专业学位）,2013,硕士.
[25]韩鹏.缠丝鸭蛋形成的环境条件及其蛋品质分析[D].河南科技大学,农业推广（专业学位）,2013,硕士.
[26]沈越.人民币汇率变动的外贸效应研究[D].浙江大学,2009.
[27]党涛,党国一,翟瑞谦.我国屋面防水材料的发展趋向[J].油田地面工程.1993(03)
[28]杨海莲.中国汉族人群2型糖尿病早期筛查的研究[D].宁波大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[29]蔡宇莉.初中英语教学中文化意识培养的研究[D].宁波大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[30]吴丽芬.城市消费者对低碳农产品的价值评价及消费选择研究[D].南京农业大学,产业经济学,2012,硕士.
[31]戴启春.正常体质量指数患者双低剂量双源CT冠状动脉成像的临床研究[D].苏州大学,影像医学与核医学（专业学位）,2014,硕士.
[32]李琪.汉语和英语的不同形式心理距离差异研究[D].西南大学,基础心理学,2013,硕士.
[33]李佳璇.昆明市主城四区新就业大学生住房问题研究[D].云南财经大学,土地资源管理,2014,硕士.
[34]王敏.幼儿14个月共同注意与24个月执行功能、模仿能力的关系[D].首都师范大学,心理健康教育,2014,硕士.
[35]李焕焕.新时期以来文学批评的启蒙价值观研究[D].沈阳师范大学,文艺学,2014,硕士.
[36]胡月敏.社会资本视角下的中小企业社会责任与企业竞争力关系研究[D].石家庄经济学院,企业管理,2012,硕士.
[37]刘恒昌.新型环氧树脂的合成、结构和性能研究[D].吉林大学,有机化学,2014,硕士.
[38]袁家.复杂型先天性心脏病大型主—肺动脉侧支血管的形态学特征[D].广州医科大学,儿科学（专业学位）,2014,硕士.
[39]申大琳.累犯从重处罚根据与适用[D].西南政法大学,刑法学,2012,硕士.
[40]姚宏斌.熊果酸对小鼠H_(22)移植瘤的抑制作用研究[D].青岛大学,营养与食品卫生学,2013,硕士.
[41]余波.哈贝马斯晚期资本主义合法化危机思想述评[D].苏州大学,马克思主义哲学,2003,硕士.
[42]林遐.医患纠纷第三方调解模式的研究[D].福建医科大学,社会医学与卫生事业管理,2014,硕士.
[43]胡文彬.“抽象名词+上”的附缀化现象研究[D].华中师范大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[44]马飞阳.我国城镇中等收入群体规模变动的统计分析[D].兰州商学院,数量经济学,2013,硕士.
[45]沈立国.盖尔瑞孚艾斯曼公司精益生产研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[46]范清水（PhanThanhThuy）.越南高校财务管理自主权存在的问题及对策研究[D].哈尔滨工业大学,教育经济与管理,2014,硕士.
[47]姚春华.村通工程目标提速奠定电信小康基础[J].现代电信科技.2006(03)
[48]张媛媛.基于USB接口的通信控制器在变电站自动化系统中的应用和设计[D].合肥工业大学,控制理论工程,2004,硕士.
[49]赵魏珏.基于压缩感知的图像超分辨率重构算法研究[D].吉林大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[50]杨涛.文化建筑综合体交往空间设计策略研究[D].华南理工大学,建筑学（专业学位）,2012,硕士.