[發明專利]一種調控棉花茸毛的SM基因及其應用

無效

• 申請號: 201210399596.8
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102876687A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 戎均康;何沙俄;丁明全;曹躍芬
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/113;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明屬于基因工程技術領域，具體涉及一種調控棉花茸毛的SM基因及其應用。

背景技術

棉花是中國乃至全世界的重要經濟作物之一，其纖維是輕工業制造的重要原料。長期以來人們對棉花纖維的產生、發育機理以及品質改良有著十分濃厚的興趣，但至今為止棉纖維起始及發育等分子機理仍知之甚少。棉花茸毛的產生和發育與棉纖維相似，均由單個表皮細胞延伸而來，明確棉花茸毛的生長發育過程對于揭示棉花纖維生長發育的分子機理具有重要意義。

茸毛（Trichome）是大多數植物地上部分表皮組織所特有的一種結構，形態多種多樣，其發生與其周圍的表皮細胞明顯不同，是研究植物細胞分化調控的有效模式。迄今已對擬南芥茸毛生長發育的分子機理進行了大量的研究，約三十個相關基因已經被報道，基本明確了其茸毛產生與發育的遺傳基礎與機制。這些基因編碼的轉錄因子，包括MYB類轉錄因子(GLABROUS1(GL1)?TRIPTYCHON、CAPPICE?)，含WD40?重復序列的轉錄因子TTG1，bHLH?類轉錄因子?(?GLABROUS3?(GL3)?)，含HDZIP?的轉錄因子(GLABROUS2?，GL2)等。其中，GL1、GL3?和?TTG1?形成MYB-bHLH-WD40復合物共同調節茸毛的發育；而TRY、CPC與GL1?競爭?bHLH蛋白，從而抑制該復合物的形成。煙草多細胞表皮茸毛與擬南芥單細胞茸毛的發育機制相似，均通過MYB-bHLH-WD40調控，但是兩者MYB基因存在很大的差異。在擬南芥中，R2R3MYB?轉錄因子?GL1?和?WER?都能影響表皮毛的生長和分化，但是GL1?基因在煙草中過表達并沒有引起表皮毛的增多。番茄多細胞表皮毛形成的關鍵基因Woolly?(Wo)，通過蛋白互作的方式促進細胞周期相關基因SlCycB2?的表達，促使細胞從G2期向M期的轉換，促進表皮毛的形成。

棉纖維是由棉花胚珠外珠被單個表皮細胞分化而來的。在形態上表現為表皮細胞分化后超常伸長和細胞壁超常加厚，不再分裂，最后其長度可達其直徑的1000-3000倍，而棉花莖葉茸毛是由表皮細胞向外突出伸長而來，基因組學和分子生物學等研究表明兩者關系密切。目前陸地棉茸毛生長發育的研究較多，通過遺傳分析和作圖已確定至少有五個基因位點（t1-t5）和一些修飾基因影響莖和葉片上茸毛的密度和分布，但主要受6號染色體（Chr.06）著絲粒附近的T1基因調控，該基因不但控制陸地棉茸毛的產生，還影響纖維的品質。莖上茸毛濃密的棉花，其纖維都很粗短，如T586、陸地棉品系239-17/6和250-14/2。有關二倍體棉花茸毛生長的研究相對較少。研究表明二倍體A組棉花光桿（無茸毛）也主要是由位于第3連鎖群（LG.A3）上的一個隱性基因控制。LG.A3與Chr.06是同源染色體，而二倍體A組棉花茸毛主效基因與四倍體棉花茸毛主效基因都定位在同一區段，可推斷這兩個基因為同源基因，且光桿與光籽（無短絨和無皮棉纖維）共分離。我們近幾年的研究也顯示光桿與光籽受同一基因控制。以上研究表明，無論是在四倍體還是二倍體棉花中，控制茸毛生長的主效基因也顯著影響纖維的產生與發育。

突變體是研究基因功能的最佳材料，迄今其他植物大多數基因的功能是通過對突變體的研究被發現的。在棉花已發現和鑒定了100多個棉花纖維突變體，研究表明這些突變體主要是由單個主效基因控制。這些基因大致可分為光籽無纖維（如N，Fbl，Sma-4(ha)），無長纖維（如Lil和Li2）和光籽長纖維（如sma-4?(fz)，?n2?和?xu142）三類。第一類基因突變產生的棉籽既無皮棉纖維也無短絨，形成光籽。第二類基因突變所產生的棉籽只有短絨而無皮棉纖維，其形態與野生棉的棉籽相似。第三類基因突變可引起棉籽無短絨而只有皮棉纖維。大多數情形下只有在無短絨基因的存在下，光籽基因才起作用。由于這些基因的單個突變就能影響棉纖維的產生與發育，因此克隆這些基因和研究它們的功能對研究纖維產生與發育的分子基礎至關重要，長期以來國內外很多實驗室都在設法克隆這些基因。但大多數研究停留在對它們遺傳規律的研究上，包括基因顯隱性，數量及染色體屬性。在棉花中，至今未有茸毛或纖維突變體基因被克隆，使得棉花纖維生長發育遺傳基礎的研究遠遠落后于其他模式植物。