【摘 要】
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棕榈酰化修饰是一种可逆的翻译后脂质共价修饰形式,在真核生物中普遍存在,由棕榈酰转移酶(Palmitoyl Transferases,PATs)催化,参与植物生长发育、生殖和胁迫响应等一系列重要的生物学过程。棉花是我国重要的经济作物,在我国50%以上的纤维来自于棉花,对于国民经济的稳定与发展具有重要意义。目前,棉花中PATs相关基因的研究还不深入。因此,筛选和鉴定棉花中编码PATs蛋白的基因家族成员
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棕榈酰化修饰是一种可逆的翻译后脂质共价修饰形式,在真核生物中普遍存在,由棕榈酰转移酶(Palmitoyl Transferases,PATs)催化,参与植物生长发育、生殖和胁迫响应等一系列重要的生物学过程。棉花是我国重要的经济作物,在我国50%以上的纤维来自于棉花,对于国民经济的稳定与发展具有重要意义。目前,棉花中PATs相关基因的研究还不深入。因此,筛选和鉴定棉花中编码PATs蛋白的基因家族成员,探究该基因家族的功能,为调控棉花生长发育、提高环境适应能力、实现棉花的优质高产具有重要的意义。本研究中利用生物信息学方法对陆地棉(Gossypium hirsutum L.)GhDHHC基因家族进行了筛选鉴定,并以陆地棉C312为研究材料,利用病毒介导的基因沉默(Virus-induced gene silenceing,VIGS)技术对GhPAT24的6个同源基因分别进行干涉获得相应基因敲减株系,从植株营养生长期和生殖发育期的生长指标、茎的微观结构、内源激素含量、基因的表达模式等角度对干涉株系进行深入剖析,旨在阐释GhPAT24基因对陆地棉生长发育调控的分子机理。主要研究结果如下:(1)从陆地棉基因组中筛选鉴定得到61个GhDHHCs基因,命名为GhDHHC1-GhDHHC61。该基因家族成员的氨基酸序列平均长度为431.8 aa,蛋白质分子量为20583.06-790339.88 Da,等电点从5.73到9.72,90%的GhDHHCs基因编码的蛋白定位在膜上。基因的染色体定位显示,61个GhDHHCs基因定位在26条染色体上。系统发育分析结果显示,GhDHHC基因家族可分为6个亚组,其中同一个亚组中的GhDHHCs在基因结构和保守结构域位置分布上具有较高的一致性。(2)根据拟南芥AtPAT24基因序列在陆地棉中找到GhPAT24基因的6个同源序列,6个拷贝之间的氨基酸序列高度相似。GhPAT24基因的上游存在着多种与棉花生长发育以及内源激素信号通路相关的顺式作用元件。GhPAT24基因在陆地棉不同的组织中均有表达,其中GhPAT24-1基因在雄蕊中的表达量最高,GhPAT24-2和GhPAT24-3基因在雄蕊和花瓣中表达量最高。此外,GhPAT24在不同亚基因组上的同源基因存在表达偏好性。(3)利用烟草脆裂病毒和棉花叶皱缩病毒介导的基因沉默体系分别对GhPAT24的三对同源基因进行干涉,并通过q RT-PCR技术检测GhPAT24基因的表达量,GhPAT24基因的每个拷贝都鉴定得到了20余株阳性干涉株。观察表型发现,在营养生长早期,GhPAT24i株系无明显变化;注射两月后,三种GhPAT24i株系均呈现生长缓慢趋势,较野生型明显变矮,第7、8、9节平均节间距长度较野生型极显著缩小。通过对野生型和干涉株系茎的石蜡切片观察发现,三种干涉株系中茎的直径均明显小于野生型,但是它们茎中的细胞直径大小无明显差异,说明干涉株系茎直径缩小与茎中细胞的大小无关,推测在细胞数量上有所不同。(4)研究发现AtPAT24参与调控拟南芥的花粉的发育。我们持续观察了野生型和干涉株系在生殖发育期的表型,发现三种GhPAT24i株系花器官发育均正常,花粉囊正常开裂散粉,花粉粒饱满且表面结构完整、刺突均匀分布,体外花粉萌发率和野生型无明显差异;成熟期能正常结铃炸铃,棉铃大小无差异。说明GhPAT24基因主要影响陆地棉的株高表型,对花器官的发育影响不大。(5)研究发现影响棉花株型中株高及节间距长度改变的因素主要与内源激素相关。利用液相质谱法检测野生型和干涉株系中SA、IAA、BR、JA、ABA和GA的含量,结果显示干涉株系GhPAT24i中SA含量明显高于野生型,并且三种GhPAT24i株系中GhICS1、GhSARD1、GhNPR1的表达量显著升高,说明陆地棉中GhPAT24基因可能参与调控SA的合成及代谢通路。
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