Ghatp1基因RNA编辑在棉纤维细胞形态建成中的作用机制研究

To investigate the function and regulatory mechanisms of cotton fiber development-related genes has important academic significance and applied value for improving the quality of cotton fiber and increasing fiber yield. Recently years, research hotspot has focused on the relationship of post-transcriptional processing and modification with cotton fiber growth and development. RNA editing is a kind of new phenomena of post-transcriptional processing and modification. Some results have indicated RNA editing involves many aspects of plant development. But so far, it is still unknown whether RNA editing has any relationship with cell morphogenesis of cotton fiber. Our experimental results had shown that Ghatp1 gene has RNA editing phenomena in elongated fiber cells. Transfered edited Ghatp1 into yeast cell abscented atp1, the mutant yeast can restore to normality in morphogenesis and energy charge production. Moreover, the change of editing efficiency of Ghatp1 has consistence with fiber development. Based on the results, we will further explore the biological significance of edited Ghatp1 by using mutant complementation experiments of yeast and Arabidopsis, and vitro ovule transfer extraneous edited gene to uncover the relationship of cotton fiber development with RNA editing of Ghatp1. We also investigate the mechanisms of the occurrence of Ghatp1 editing via gel shift assay. All these results can help us to fill the theory blank during the process of cotton fiber development and elongation.

研究棉纤维发育相关基因的功能和调控机制，对于改善棉纤维的品质和提高纤维产量具有重要的理论意义和应用价值。近年来研究转录后加工修饰现象与棉纤维细胞生长发育的关系已成为新一轮的热点问题。RNA编辑是一类新的转录后加工修饰现象，已有研究表明RNA编辑参与了植物生长发育的许多过程，但RNA 编辑在棉纤维形态建成过程中是否也具有重要作用，目前仍属未知。本课题的前期研究结果表明Ghatp1基因在伸长的棉花纤维细胞中会发生RNA编辑，且编辑的Ghatp1基因能恢复缺失atp1酵母的生长及能荷产生；此外，Ghatp1基因各编辑位点编辑效率的改变也与纤维发育有一致性。在此基础上，本课题将进一步利用酵母突变体、拟南芥突变体及棉花离体胚珠实验，深入了解Ghatp1发生RNA编辑的生物学意义及与纤维生长发育的关系，同时利用凝胶阻滞技术探讨Ghatp1发生RNA编辑的机制，以填补棉纤维生长发育过程中存在的理论空白。

RNA 编辑是指发生在转录水平上的基因表达调控现象，通过核苷酸的插入、缺失或置换，导致成熟 mRNA 序列与 DNA 编码的序列不一致，从而改变遗传信息。本项目以陆地棉徐州 142 野生型（wild-type，WT）和其无绒毛突变体（fuzzless-lintless，fl）为材料，采用高通量 RNA-seq 测序技术，测定和分析棉花线粒体中 RNA 编辑位点，发现棉花线粒体中共有 692 个编辑位点，其中 422 个位于蛋白编码区，且全部为 C-U 类型的 RNA 编辑。通过比较两个品种的差异编辑位点，发现 C1292 和 C1415 位的编辑效率与纤维发育时期线粒体 ATP 合酶活性变化存在显著相关性。在此基础上，通过酵母突变互补实验研究这两个位点的 RNA 编辑对于酵母的生长及 ATP 产生的影响，发现C1292 与 C1415 单个位点发生编辑或二者都发生 RNA 编辑后，酵母的表型、生长速率及 ATP 含量显著增加，尤其是 C1292 与 C1415 都发生编辑后，酵母的生长恢复到野生型水平。利用酵母双杂交实验、双分子荧光互补实验以及体外pull-down 实验分析这两个位点的编辑对 ATP 合酶 α 和 β 亚基互作的影响，发现 C1292 和 C1415发生编辑后，GhAtp1 能与 GhAtpβ 互作。通过拟南芥异源表达实验研究这两个位点的 RNA 编辑对拟南芥根、叶表皮毛生长的影响，发现 C1292 和 C1415 发生编辑的 Ghatp1 过表达后，拟南芥的根毛变长，表皮毛数量增多，ATP 合酶活性升高，ATP 含量增加，表明 Ghatp1 基因 C1292 和 C1415 位点的 RNA 编辑可能通过影响 ATP 合酶产生 ATP 来调控拟南芥表皮毛和根的发育。上述研究结果揭示了棉花线粒体 Ghatp1 基因 C1292 和 C1415 位的 RNA 编辑可能通过影响 ATP 的产生进而调控纤维伸长的分子机制。已取得了一系列研究成果，在New phytologist, JXB,BMC plant biology等SCI上发表相关文章3篇，还有两篇待发表；授权专利1项；参加棉花年会3次，投稿4篇，做分会场报告；参加植物生物学大会和中国植物学大会3次，投稿1篇；参加生物化学与分子生物学年会1次，参加省级植物学年会及分子生物学年会3次，并做分会报告。