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Functional Analysis of Thaumatin-like Protein Involved in Fiber Secondary Cell Wall Synthesis Through Genetic Transformation of Cotton and Tobacco

Muhammad Farooq Hussain Munis  
【摘要】: 反向遗传学是基因功能验证的一个强有力工具。反向遗传学研究是从序列开始,可以通过其对器官发育和性能的影响来分析基因的功能。目的基因可以通过转基因重组技术整合到受体基因组上来阐明它在各种条件下的功能。通过基因组重组技术,目的基因可以插入到不同的物种甚至物界。 我们实验室已经从海岛棉纤维中分离了两个甜蛋白类似蛋白(GbTLPl和GbTLP2) cDNAs (Tu et al.,2007).这两个cDNAs (GenBank DQ912960,DQ912961)蛋白序列具有97%的一致性。在本研究中,通过超表达技术(CaMV35S)将GbTLP1 cDNA全长转化棉花和烟草验证了该基因的功能。GbTLP1 cDNA有966bp, ORF (open reading frame)735bp,编码244氨基酸。同时我们分别根据GbTLP1和GbTLP2序列构建了RNA干涉载体转化棉花。以下是本研究得到的主要研究结果: 1.表达模式研究表明GbTLP1主要在棉花(Gossypium hirsutum和Gossypium barbadence)开花后20-25天纤维高峰度表达,在其他非纤维组织及纤维发育的其他时期表达量很低。这个结果表明该基因可能对细胞次生壁发育和增厚有着重要的作用。 2. GbTLP1在细胞壁增厚过程中的作用可能预示其在抵抗真菌入侵方面有重要作用。因此本研究通过转基因烟草验证这个假设。转基因烟草通过Southern杂交验证后,进行了GbTLP1的表达分析(RT-PCR和qRT-PCR)。同时有目的基因插入但不表达的烟草植株作为阴性对照进行了后续研究。研究表明GbTLP1持续高表达的烟草对黄萎病菌Verticillium dahliae有很强的抗性。这个结果暗示GbTLP1可以用于黄萎病的防治。 3. GbTLP1的转基因烟草对枯萎病的抗性(Fusarium oxysporum)也有很大提高,并对其他非生物逆境如盐胁迫和干旱等的抗性也有所提高。其通过避免脂质的过氧化来提高抗旱能力。在转基因植物中Na+含量降低而K+含量增加,这可能是对盐胁迫抗性增加的原因。 4.我们在棉花中超表达及抑制其表达来进一步研究该基因的功能。转基因棉花通过自交已经得到T2植株。目前正种植在实验田。转基因棉花T1植株纤维品质检测结果表明无论是超表达还是RNAi,其纤维品质都变差了。 5.转基因烟草及超表达和RNAi的棉花其形态都没有明显的变化,这表明将该基因用于基因工程是比较安全和有效的。 甜蛋白类似蛋白是抗病相关蛋白家族成员,这促使我们考察其是否能增强转基因受体对枯黄萎病的抗性。因为烟草生长较快,叶片宽大,有利于观察病菌和烟草的互作情况,所以我们利用烟草来研究该基因的功能及它在各种逆境下的反应,研究结果以表明该基因确实能提高烟草对枯黄萎病的抗性。通过超表达及RNAi转化棉花,我们期望能阐明它在棉花中的功能,毕竟该基因是来自棉花基因组。通过这种方法,该基因的在抗病及纤维发育上的多向性功能得以得到证明。


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