陆地棉TPX2基因家族鉴定及其在棉纤维发育中的功能分析

摘要

棉花是世界上纺织工业原料的重要来源，微管骨架作为细胞骨架的一部分对纤维发育有重要意义。微管结合蛋白通过和微管骨架特异性结合来调节微管的动态组装和结构以影响微管的功能。TPX2(Xklp2)蛋白作为一类重要的微管结合蛋白在植物生长发育中起着重要作用。然而TPX2蛋白和两种主要的微管蛋白（α-tubulin和β-tubulin)之间的联系仍然还不清楚。 棉纤维细胞是单细胞，是研究细胞伸长和细胞壁物质合成的良好模型，因此我们对陆地棉（Gossypium hirsutum）中TPX2家族进行全基因组鉴定与分析。通过一系列生物信息学方法，我们在陆地棉中鉴定出了41个TPX2基因，所有该家族的成员都包含TPX2结构域。通过系统发育树分析，该家族被分成了6个亚家族，亚家族4(WDLB)成员数量最多，家族1(MAP20)员数量最少。41个陆地棉TPX2基因分布在21条染色体上。 我们对陆地棉TPX2基因家族成员的表达水平进行了分析，热图显示同源基因对GhWDLA2和GhWDLA7，GhWDLA4和GhWDLA9，20DPA（Day post anthesis）纤维中的表达量在高强材料69307和低强材料69362之间有较大的差异，同时在高强材料(69307)20DPA纤维中的表达量显著高于其它发育时期。 我们用专一性微管解聚剂对胚珠进行处理并检测了微管解聚后基因的相对表达量，荧光定量结果显示这四个基因在oryzalin的作用下均呈现出下调趋势。 亚细胞定位结果表明GhWDLA4和GhWDLA9形成了贯穿细胞的网状结构，表明GhWDLA4和GhWDLA9定位到了细胞核中，而GhWDLA2和GhWDLA7基因定位到了微管骨架上。 我们进一步对定位到微管上的GhWDLA2和GhWDLA7蛋白与在棉花中特异表达的微管蛋白(tubulin)可能存在的关系进行了验证，酵母双杂实验结果表明GhWDLA7能够和GhTUA2产生相互作用。本研究为TPX2微管结合蛋白在棉纤维发育中调控机制的进一步研究奠定了基础。