棉花光子基因N1的图位克隆与功能研究

Fiber initiation of Cotton (Gossypium hirsutum)has a significant impact on the number of fibers, which are major factors determining lint yield. Cloning of the key genes during fiber initiation is of great theoretical significance for elucidating the molecular mechanism of the fiber development, and lay the foundations for cotton fiber improving by genetic engineering.In our previous study, N1 gene of G. hirsutum had been mapped on At12 chromosome (Chr. 12) with a 1cM interval. Based on these results, this project will take advantage of the fine map of G. arboreum genome for developing new molecular markers involved in the genome region in which N1 gene located, and then map the N1 gene by application of a big genetic segregation population. The sequence of full-length cDNA and promoter region are obtained according to the results of map-based cloning N1 gene.Further, the function of N1 gene will be investigated by gene transformation, expression profile, promoter analysis,and subcellular localization, which would discover the molecular mechanism that N1 gene controls the fuzz-initiation and influences the fiber development.

棉纤维细胞起始数量直接决定单个棉籽上的纤维数目和棉花的产量，深入研究棉纤维起始过程关键基因，不仅对阐明纤维形成的分子机理有重要的理论意义，并可为棉花纤维的基因工程改良奠定基础。在前期研究中，我们已将陆地棉（Gossypium hirsutum）N1基因定位在At12染色体(Chr.12)体上1cM区域内，本项目拟在此基础上，采用锚定N1基因两端的分子标记，利用亚洲棉的精细基因组图谱开发新的分子标记，应用大遗传分离群体对N1基因进行精细定位，克隆并得到N1基因的全长cDNA和启动子序列。并通过基因转化、表达谱分析、启动子分析、和亚细胞定位等手段深入研究N1基因的功能，探索N1基因控制短绒起始和影响长纤维发育的分子机制。

棉花是我国的重要经济作物之一，棉纤维作为重要的天然纤维，是纺织工业重要的原材料。棉纤维是棉花种子上的表皮毛，是由单个胚珠外表皮细胞经分化与突起、纤维细胞的伸长或初生壁的加厚、次生壁的加厚和脱水成熟4个时期发育形成。棉花纤维发育起始期较短，发生在花药开裂的前1天至后2天，研究表明最终只有大约25%的胚珠外被上的表皮细胞分化成为纤维细胞。在棉花胚珠表皮纤维细胞的起始发育阶段，显性光子基因N1和隐性光子基因n2控制这棉花短绒的有无，同时影响纤维的产量。遗传分析证明，N1为单基因控制的显性性状，n2为单基因控制的隐性性状。本研究拟对短绒控制基因N1进行精细定位和功能研究，初步阐明其在棉花纤维其实发育阶段的生物学功能,对提高棉花产量和改良纤维品质具有重要意义。.针对棉花短绒控制基因N1这一质量形状，利用三个重要棉种陆地棉、亚洲棉、雷蒙德氏棉全基因组序列，开发了四倍体棉花染色体特异的SSR标记，构建遗传分离群体，将棉花短绒控制基因N1精细定位到陆地棉A12染色体上。利用参考基因组序列，克隆获得了N1基因全长，亚细胞定位结果表明该基因定位于细胞核，经鉴定为MYB转录因子家族，据此推测棉花胚珠表皮毛的启示与模式植物拟南芥表皮毛的起始具有相同的机制。同时利用转录组学技术对棉花表皮毛起始发育阶段进行了研究，发现长链非编码RNA在棉花起始发育阶段变化非常剧烈，这预示着非编码RNA可能在纤维发育的起始阶段发挥重要作用。