棉花膜联蛋白基因GhFAnnxA促进纤维发育的机理探究

【作者】 张峰； 金暄翔； 王立科； 李淑芬； 吴双； 程朝泽； 张天真； 郭旺珍；

【机构】 南京农业大学；

【摘要】 膜联蛋白是一类进化保守的Ca2+依赖的磷脂结合蛋白,在植物生长发育及抗逆过程中起重要作用。但是,其作用机理并不清楚,尤其是在棉花纤维发育中的作用鲜有报道。本实验在纤维优异品系7235纤维c DNA文库中筛选出一个纤维优势表达基因GhFAnnxA。利用SNP位点差异,通过对277份陆地棉材料关联分析发现该基因与纤维长度和强度显著相关。对该基因进行转基因功能验证发现,过表达GhFAnnxA促进纤维伸长和次生壁加厚,而干扰材料则抑制纤维发育,表明该基因对纤维伸长及次生壁加厚起重要作用。进一步对其作用机理分析发现GhFAnnxA可以作为Ca2+通道促进Ca2+内流,当适量的Ca2+进入纤维细胞时,一方面Ca2+可以通过EF-hand结构域直接激活Rboh基因产生ROS,另一方面Ca2+可以通过影响CDPK磷酸激酶磷酸化Rboh间接产生ROS。但是,当胞内Ca2+超过一定的阈值时,会降低CDPK对Rboh的磷酸化水平进而减少胞内ROS的产生;同时,如果纤维细胞内ROS超过一定的阈值,可以通过抑制GhFAnnxA的表达影响Ca2+的内流减少ROS的产生,最终细胞内ROS的含量维持一个动态平衡;适量浓度的ROS可以通过影响纤维伸长及次生壁加厚相关基因影响纤维细胞膨压、细胞壁松弛和细胞壁组分进而影响纤维发育。与此同时,GhFAnnxA与细胞骨架Actin互作,为维持纤维细胞生长空间及细胞壁组分的运输提供了保障。本研究不仅阐明了Ca2+、ROS及Actin如何协同作用于纤维细胞发育,而且为提高棉花纤维品质提供了优质资源材料。更多还原