海岛棉与陆地棉纤维发育不同时期苯丙烷代谢相关基因表达及结构差异比较

摘要

棉花是世界上主要的经济作物之一,近年来,随着棉花纺织工业的发展,以及人们对棉花品质要求的提高,培育兼有陆地棉的产量性状和长绒棉的品质性状的优质棉花品种是许多育种家梦寐以求的目标。棉纤维含有大量的纤维素和小量的木质素,木质素影响细胞壁的性质,木质素的生物合成是通过苯丙烷代谢途径在一系列酶的催化作用下反应形成木质素单体,本研究通过比较苯丙烷代谢途径基因在海岛棉与陆地棉纤维发育不同时期表达量的变化,发现与棉纤维次生壁发育同步的差异表达基因,比较基因在海岛棉与陆地棉中差异,分析苯丙烷代谢途径关键基因在棉纤维发育中的功能。
　　本实验利用RT-PCR的方法比较苯丙烷代谢相关基因中PAL1、4CL1、COMT1、CCR1等18个基因在海岛棉(新海20)与陆地棉(军棉1号)不同发育时期的表达情况,选取3个表达差异基因利用实时荧光定量PCR方法比较海岛棉与陆地棉纤维发育的不同时期的表达。实验发现PAL1、4CL1及C4H1三个基因在新海20和军棉1号中表达有显著差异,在军棉1号中PAL1、4CL1及C4H1基因的表达量随天数的增加而增加,在15DPA时其表达量达到最高,而在海岛棉新海20中虽PAL1、4CL1及C4H1基因的表达量也是随天数的增加而增加,但表达高峰期则为20DPA,海岛棉中三个基因的表达高峰期均晚于陆地棉,这与棉纤维发育及初生壁向次生壁发育过渡期的进程相一致。
　　选择表达显著差异的基因C4H1,根据棉花C4H基因的cDNA序列设计引物,分别从海岛棉与陆地棉中克隆了C4H1基因的cDNA序列,翻译成氨基酸后发现有9处氨基酸差异点,其等电点及蛋白分子量均不同。虽然差异氨基酸未出现在一些重要的结合位点及功能区,但该基因的表达在海岛棉与陆地棉纤维发育的不同时期出现显著差异,根据系统发生树可以看出在棉花中该基因与烟草及木本植物中该基因在一个大分支中,而由于杨树与烟草中C4H基因活性与木质素和厚壁组织相联系,由此可见C4H1基因可能参与调控棉纤维细胞伸长和次生壁加厚,可能对棉花纤维的品质形成有一定影响,值得深入研究。
　　本研究意义在于,通过分析苯丙烷代谢相关基因与棉花纤维次生壁发育的相关性,比较这类基因在海岛棉与陆地棉纤维发育时期的表达差异,对于逐步明确海岛棉优良纤维品质形成机理有一定的价值。

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缩略词表

第1章 绪论

1.1 海岛棉与陆地棉

1.2 木质素生物合成相关酶基因调控的研究进展

1.3 荧光定量PCR在基因表达中的应用

第2章 海岛棉与陆地棉不同纤维发育时期苯丙烷代谢相关基因表达差异比较

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

第3章 海岛棉与陆地棉C4H1基因表达及结构分析

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

第4章 结论

参考文献

致谢

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