[發(fā)明專利]一個棉纖維特異性MYBL1基因

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410377413.1
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104152464A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李學(xué)寶;龔思穎;孫翔;聶曉瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 華中師范大學(xué)
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及棉花基因及其特異調(diào)控元件(啟動子)，具體是涉及棉花R2R3MYB家族中一個新成員基因MYBL1，進(jìn)而應(yīng)用于棉纖維品質(zhì)改良。

背景技術(shù)：

細(xì)胞壁是位于細(xì)胞最外層包裹原生質(zhì)體的被膜，植物細(xì)胞壁作為一種復(fù)雜的動態(tài)結(jié)構(gòu)，在植物的發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。發(fā)生次生生長的植物細(xì)胞中存在次生細(xì)胞壁(Secondary?cell?wall,SCW)，次生細(xì)胞壁是植物細(xì)胞停止生長后在初生細(xì)胞壁(Primary?cell?wall,PCW)內(nèi)側(cè)繼續(xù)積累的一層增厚結(jié)構(gòu)，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。次生細(xì)胞壁存儲了大量的植物光合作用所固定的太陽能和碳源，在人類生活中具有重要作用，提供了主要的食用纖維、紡織纖維、木材、紙漿等重要原材料，以及潛在的生物能源物質(zhì)。

棉花(Gossypium?hirsutum)是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，棉纖維廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)。隨著紡織工業(yè)快速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，紡織工業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)對棉纖維品質(zhì)的要求愈來愈高。我國棉花產(chǎn)量據(jù)世界第一位，但棉花纖維品質(zhì)較差，不能用作一些高附加值高質(zhì)量紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。因此，我國每年需進(jìn)口優(yōu)質(zhì)棉花100多萬噸，造成國產(chǎn)原棉積壓，纖維品質(zhì)問題已成為制約我國棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一。

棉纖維細(xì)胞是由胚珠外表皮細(xì)胞發(fā)育而成的高度伸長和加厚的特化表皮毛細(xì)胞。有別于一般木本或草本植物中次生壁的組成，成熟棉纖維細(xì)胞壁中90％以上都是纖維素，木質(zhì)素和木聚糖等其它成分含量很低，纖維素等細(xì)胞壁物質(zhì)的合成與沉積最終影響棉纖維的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究棉纖維細(xì)胞次生壁形成過程中可能涉及到的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與代謝途徑，將有利于我們更好地了解這類獨(dú)特表皮毛細(xì)胞次生壁發(fā)育的分子機(jī)制，為棉纖維品質(zhì)改良提供重要的理論依據(jù)。

植物次生細(xì)胞壁形成是一些轉(zhuǎn)錄因子、植物激素和調(diào)節(jié)因子共同參與的結(jié)果。對擬南芥、楊樹和苜蓿等植物木質(zhì)部細(xì)胞分化系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，MYB蛋白作為一類重要的轉(zhuǎn)錄因子參與植物細(xì)胞次生壁形成。MYB轉(zhuǎn)錄因子是一類含有MYB結(jié)構(gòu)域(即DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域)的轉(zhuǎn)錄因子，是最大的植物轉(zhuǎn)錄因子家族之一。植物中第一個MYB轉(zhuǎn)錄因子Clorless1(C1)最早在玉米中發(fā)現(xiàn)。隨后，在金魚草、擬南芥、棉花和大豆等多種植物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。擬南芥中已發(fā)現(xiàn)超過198個MYB家族成員，而棉花中發(fā)現(xiàn)至少有200個MYB轉(zhuǎn)錄因子。MYB蛋白均具有高度保守的MYB結(jié)構(gòu)域和可變的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。MYB結(jié)構(gòu)域通常含1到4個約50–53個氨基酸組成的不完全重復(fù)區(qū)(R)，每個重復(fù)形成3個α螺旋，其中第2和第3個螺旋在空間上折疊成一個螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(HTH)結(jié)構(gòu)，其中包含的3個規(guī)則間隔的色氨酸疏水性殘基在HTH結(jié)構(gòu)中構(gòu)成疏水核，HTH結(jié)構(gòu)可以與DNA直接結(jié)合，從而調(diào)控下游基因。根據(jù)MYB結(jié)構(gòu)域中重復(fù)區(qū)數(shù)目的不同可將MYB分為四類：R1/R2-MYB、R2R3-MYB、R1R2R3-MYB和4RMYB。植物中的MYB蛋白大多為R2R3類，R2和R3重復(fù)區(qū)是R2R3MYB識別DNA序列所必需的，R2和R3的第三個螺旋與DNA直接結(jié)合并插入到大溝中。組合調(diào)控(combinational?control)是一種重要的真核基因表達(dá)調(diào)控方式，主要是通過多種轉(zhuǎn)錄因子的相互作用實(shí)現(xiàn)對靶基因的精密調(diào)控。對MYB表達(dá)調(diào)控分析顯示，MYB轉(zhuǎn)錄因子可以形成同源或異源二聚體，通過組合調(diào)控而發(fā)揮生理功能。

MYB轉(zhuǎn)錄因子廣泛存在于植物中，參與了細(xì)胞分化、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、激素和環(huán)境因子應(yīng)答，并對植物次生代謝以及器官形態(tài)建成具有重要的調(diào)節(jié)作用。目前從擬南芥、楊樹、苜蓿等植物中分離了多個參與次生壁合成的MYB轉(zhuǎn)錄因子，通過木質(zhì)部細(xì)胞分化系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)MYB轉(zhuǎn)錄因子參與了一個層次分明的次生壁形成轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。相對于擬南芥、苜蓿和楊樹等木質(zhì)部細(xì)胞分化系統(tǒng)中次生壁的研究，對棉纖維細(xì)胞次生壁形成的調(diào)控機(jī)制研究相對滯后，迫切需要提供系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來闡明該類轉(zhuǎn)錄因子在棉纖維次生壁發(fā)育中的作用機(jī)制。關(guān)于棉纖維次生壁時期特異表達(dá)的MYBL1基因分離鑒定，以及它在棉纖維細(xì)胞生長和細(xì)胞壁形成中的功能研究，有利于揭示MYBL1在棉纖維細(xì)胞次生壁發(fā)育中的調(diào)控機(jī)制，為棉花產(chǎn)量提高和纖維品質(zhì)改良提供重要的理論依據(jù)和具有重要應(yīng)用價值的功能基因元件。

發(fā)明內(nèi)容：