【作者】 张曦； 钱玉源； 刘祎； 崔淑芳； 金卫平； 王广恩； 张海娜； 李俊兰；

【机构】 河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱地区棉花生物学与遗传育科重点实验室；

【摘要】 棉花色素腺体(Pigment gland)又称棉酚腺体,是棉属(Gossypium)植物及其近缘植物所特有的特征。棉酚是色素腺体中最主要的成分,通常腺体数目与棉酚含量呈高度正相关。棉酚对单胃动物和人类有毒害作用,严重限制了棉花的综合利用。研究色素腺体形成相关基因的功能,有助于解析棉花腺体形成的分子机制,为培育低酚棉品种提供候选基因和辅助筛选标记。NAC(NAM-ATAF1/2-CUC2)是植物特有的转录调控因子,在植物生长发育、激素信号转导、胁迫应答等方面发挥重要作用。NAC转录因子在棉花腺体形成中的作用和功能尚不明确。作者对棉花有腺体品种中棉所12(以下简称"Z12")和无腺体品系中棉所12显性无腺体(以下简称"Z12XW")种子腺体形成前16 DPA (Day post anthesis)、腺体形成期26 DPA、腺体形成后期3 5 DPA的幼胚进行了转录组测序,共得到87个差异表达的NAC基因。9个NAC基因在Z12和Z12XW间差异表达。其中,7个NAC基因(A01G0267、A06G1947、A08G2055、A08G2056、D01G0278、D06G2096和D08G2670)在Z12中上调表达,且随Z12腺体形成逐步上调表达,但在Z12XW生长发育不同时期表达无差异,这7个基因可能与棉花腺体形成密切相关。D03G0775在Z12中下调表达,且随Z12腺体形成和Z12XW生长发育逐步下调表达,可能参与腺体形成的负调控。D08G1721在Z12中上调表达,且随Z12XW生长发育上调表达,但在Z12腺体形成不同时期表达无差异。D03G0775和D08G1721是否在腺体形成中行使功能需后续试验来分析和验证。另外78个NAC基因仅在Z12或Z12XW生长发育过程中差异表达,可能行使其他生物学功能。7个腺体形成密切相关的NAC基因分布于第1、6、8号染色体上。基因本体(Gene ontology,Go)功能注释表明,这些基因可能通过其转录因子活性(G0:0003700)或与激酶结合(G0:0043424),参与调控棉花生物/非生物(如机械损伤、温度、水分、光照、高盐、细菌、真菌等)胁迫应答、激素(如茉莉酸)信号转导、物质(如海藻糖、脯氨酸、花青素等)合成、生长发育(如细胞生长、花发育、叶片衰老等)等生物学过程。进一步对这些转录本进行序列分析表明,9个Z12和Z12XW间差异表达的NAC基因均能发现保守的NAM结构域,其中D08G1721 (NAC domain-containing 78-like protein)在337～359氨基酸处还具有1个跨膜结构域,与已报道拟南芥NAC转录因子NTL8结构域组成相似。NTL8通过直接激活R3-MYB基因TRY和TCL调控拟南芥毛状体形成。D08G1721仅在Z12 16 DPA的幼胚中上调表达,可能是调控腺体形成的早期信号分子。本研究筛选出了9个棉花色素腺体形成相关NAC转录因子,并通过解析基因表达模式、基因注释、结构域分析等手段进行了初步的功能分析,为后续功能验证提供参考。更多还原