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陆地棉(Upland cotton，拉丁名Gossypium hirsutum)纤维是世界纺织工业主要原料来源。棉花纤维细胞是由棉花胚珠外珠被的表皮细胞分化而成的单细胞结构，也是研究植物细胞伸长，细胞壁形成以及纤维素代谢的理想模式材料。随着大规模棉花纤维细胞发育的表达谱分析以及系统性生理和生化研究，维持纤维细胞快速伸长机制也逐渐被阐明，超长链脂肪酸(VLCFA)、活性氧(ROS)、和植物激素如乙烯(Ethylene)、赤霉素(GA)、油菜素内酯(BR)都在该过程中发挥重要作用。
本论文从棉花纤维UniESTs库中得到10个钙离子依赖型蛋白激酶，cDNA芯片及QRT—PCR的数据均显示其中的CPK1(calcium dependent proteinkinase1)，CPK32和CRK5(CDPK related kinase5)的表达在纤维伸长期显著升高。采用非损伤微测技术可以检测到在棉花纤维发育初期细胞外钙离子内流增加。在胚珠体外培养体系中加入钙离子通道抑制剂LaCl3，纤维伸长受到明显抑制。利用CDPK的通用底物Syntide2检测纤维发育不同时期钙离子依赖型蛋白激酶总活性发现，随着纤维的伸长，CDPK总活性显著增加，在10—15dpa达到最高。在没有纤维的f1突变体中，CDPK总活性一直维持在较低水平，提示CDPK类激酶在纤维发育过程中扮演重要角色。体外胚珠培养加入CDPK的抑制剂TFP(trifluoperazine)或W—7(N—(6—Aminohexyl)—5—chloro—1—naphthalenesul—fonamide hydrGchloride)导致纤维不能伸长，而加入PKA(protein kinase A)或PKC(protein kinase C)的抑制剂H—89或H—9对纤维发育没有显著影响。TFP或W—7的抑制作用可以被乙烯部分恢复但不能被VLCFA恢复，推测CDPK可能参与调控乙烯的合成。检测ACC合成酶(ACS，1—aminocyclopropane—1—carboxylate synthase)及ACC氧化酶(ACO，ACC oxidase)的总体表达发现，ACO总体转录水平随着纤维的伸长而显著升高，ACS的表达却基本没有变化。但是检测纤维发育时期的ACS总活性表明随着纤维伸长加快，ACS总活性急剧升高，10—15dpa比3dpa提高10倍以上，说明ACS可能被转录后调控。利用免疫共沉淀(Co—IP)技术发现CPK1与乙烯合成酶ACS2有相互作用。体外磷酸化实验证明CPK1可以磷酸化ACS2，并且呈现钙离子依赖性。将位于ACS2460位的丝氨酸位点突变为甘氨酸，磷酸化程度减弱50％，提示该处磷酸化位点的重要性。利用气相色谱检测ACC合成速率发现，加入CPK1后ACS2酶活显著增加。加入TFP或W—7体外组培7天的胚珠，ACS总活性受到明显抑制，而加入H—89和H—9对ACS活性几乎没有影响。因此，我们推断乙烯合成酶ACS2在翻译后水平受到CDPK的磷酸化调节，ACS与ACO都参与调节乙烯诱导的纤维细胞伸长。
此外，本论文还发现在纤维细胞伸长初期活性氧(ROS)水平急剧增加，之后在整个纤维伸长过程中ROS含量一直保持较高水平。在胚珠体外培养体系中加入NADPH oxidase的抑制剂DPI(diphenylene iodonium chlodde)或ClassIII过氧化物酶的抑制剂SHAM(Salicylhydroxamic acid)显著抑制纤维伸长，DPI或SHAM的抑制作用可以被外加H2O2所恢复，暗示活性氧可能是促进纤维细胞伸长所必需的。