GbAGCK1磷酸化对棉花纤维起始发育的影响

The plant hormone auxin has been proved to play a crucial role in regulating cotton fiber initiation. The directional auxin distribution within cotton ovule epidermis probably depends on PIN transporters that are polarly localized on the plasma membrane. Previous studies showed that PIN polar localization is regulated by AGC kinase like PIONID in Arabidopsis. However, the role of AGC kinase and its effect on auxin polar distribution within ovule epidermis during cotton fiber initiation is still unclear. So, the aim of this study is to characterize GbAGCK1 gene function in cotton through analyzing its phosphorylation activities, its interaction with PIN in the different cotton genotypes plants during fiber initiation. We will also investigate the effects of GbAGCK1 phosphorylation and PIN polar localization on the initiation ability of ovule epidermis and cotton fiber quality. This research would be aid to elaborate the molecular mechanism of cotton fiber initiation and to promote molecular breeding if it is successful.

大量研究结果表明: IAA在棉花胚珠外表皮中的极性分布是胚珠表皮特化形成棉纤维的重要原因。但是，有关IAA在棉花胚珠表皮中极性分布的分子机理并不清楚。本研究以纤维起始发育紧密相关的GbPIN1为基础，通过酵母双杂交方式筛选获得与之相互作用的AGC激酶GbAGCK1。在上述工作的基础上，通过分析不同遗传背景及不同处理条件下AGC激酶与PIN蛋白互作行为来研究GbAGCK1激酶基因的功能，探讨GbAGCK1的功能与IAA极性分布以及纤维起始发育之间的关系。该项研究的成功有助于深入了解棉花起始发育的分子机理,同时为棉花的分子育种提供理论支持。

大量研究结果表明IAA在棉花胚珠外表皮中的极性分布是胚珠表皮特化形成棉纤维的重要原因。但是，有关IAA在棉花胚珠表皮中极性分布的分子机理并不清楚。本研究以棉花生长素外排蛋白PIN基因家族、类AGC激酶基因为基础，通过遗传学、生化分析等手段，开展IAA转运蛋白在纤维发育中功能以及与AGC激酶互作机理研究。具体的研究结果包括：（1）通过对棉花全基因组搜查、基因结构分析、不同组织的表达分析以及蛋白的定位分析确定GhPIN1蛋白在棉花纤维起始发育中具有重要功能，GhPIN1基因的抑制表达影响棉花纤维的起始发育过程；（2）通过酵母双杂交的方法证实GbAGCK1能够与PIN1蛋白发生相互作用，GbAGCK1的完全敲除导致胚败育。抑制GbAGCK1基因的表达影响棉花纤维的起始发育过程；（3）磷脂对于棉花纤维的起始发育具有重要作用，影响PIN蛋白的磷酸化、定位以及生长素极性运输过程；（4）发现一个转运磷脂与纤维起始和伸长发育有关的蛋白质GhLTPG1, GhLTPG1蛋白的N端信号肽影响蛋白质的分泌，C端GPI锚定区段则与蛋白在膜结构上的定位有关。在拟南芥中异源过表达GhLTPG1基因能够增加叶表皮毛密度。体外结合实验表明GhLTPG1能够特异性地结合单磷酸磷脂酰肌醇（PIP）。棉花中干扰GhLTPG1表达后会导致纤维长度变短，胚珠中PI及总极性脂的含量均显著降低。（5） 项目发表SCI论文3篇，核心期刊论文3篇，申请研究专利4项。在项目实施过程中培养研究生3名。纤维起始发育过程中优势表达的PIN蛋白的确定以及调控蛋白的发现有助于深入研究棉花纤维起始发育过程以及生长素的调控机理，以及利用相关基因开展分子育种工作。