陆地棉高比强纤维次生壁加厚期的差异表达基因分析

棉花在我国国民经济中占据重要位置，但是纤维品质较差，尤其是纤维比强度偏低已成为制约我国棉花产业可持续发展的重大问题。为了解决这些问题，科学家对纤维细胞及细胞发育的分子机制进行了深入研究，但次生壁加厚阶段的研究相对较少。.本研究以项目组构建的重组自交系群体中两个纤维强度差异明显品系（高比强69307、低比强69362）的纤维细胞为材料，在已有基因芯片、数字化表达谱研究的基础上，利用抑制性差减杂交着重研究纤维次生壁加厚阶段的特异表达基因，构建棉花纤维细胞次生壁加厚阶段的SSH-cDNA文库，经反向Northern验证后，对文库进行测序、注释，并结合综合表达谱和芯片研究结果，选择有代表性的基因，利用RT-PCR和酶活性测定等技术对差异表达基因进行验证，鉴定高强优质纤维基因。研究旨在解析棉花纤维强度性状形成的分子机制，为棉纤维品质改良提供相应理论依据。

棉花在我国国民经济中占据重要位置，但是纤维品质较差，尤其是纤维比强度偏低已成为制约我国棉花产业可持续发展的重大问题。研究棉花纤维强度形成的遗传和分子机制具有重要的理论和实践意义。通过项目的实施，取得了如下研究进展：(1)以高强度纤维材料0-153和转基因抗虫棉sGK9708为亲本构建的高代重组自交系群体(F6:9)中选育出的高强度纤维品系(69307)作为材料，利用抑制性消减杂交技术，成功构建出棉纤维次生壁加厚阶段相关基因的cDNA消减文库7个。通过对文库的测序及序列分析，共得到2494个unigenes。生物信息学分析表明这些差异表达基因广泛参与糖类、脂类、氨基酸等物质的代谢，以及纤维素生物合成、细胞壁合成与修饰、氧化还原、细胞信号转导等生物学过程。(2)从SSH-cDNA文库的测序结果中得到一条具有完整ORF的陆地棉水孔蛋白基因序列GhAQP2。以该基因编码的氨基酸序列为探针，利用同源克隆的方法，在棉花EST数据库搜索得到两个相似性较高的EST，并利用RACE技术获得其全长cDNA序列，将其基因命名为GhAQP3和GhAQP4。多序列比对发现三个基因的氨基酸序列与其它物种PIP2类水孔蛋白氨基酸序列具有很高的同源性。其中GhAQP2在20 DPA优势表达，为研究该基因在纤维伸长向次生壁加厚期转化过程中的表达调控研究提供了重要信息。(3)以69307、69362、海岛棉S-6材料为材料，以陆地棉标准系TM-1作为对照，通过测定开花后不同时期纤维长度、强度、细度的变化以及纤维累积速率、纤维素含量，发现纤维细胞发育进程不同是造成材料间纤维品质差异的重要原因。(4)分析了二倍体棉花-雷蒙德氏棉NAC转录因子家族的染色体定位、结构、进化和表达情况。发现雷蒙德氏棉基因组中共有145 个NAC转录因子（NAC-TF）基因，其中80个成员位于基因组的复制区域，全基因组复制在雷蒙德氏棉NAC-TF基因家族的扩张做出了贡献。项目执行期间，发表学术论文4篇，其中SCI论文1篇；培养硕士研究生5名。