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短季棉衰老的激素变化及衰老相关基因的克隆

沈法富  
【摘要】:棉花叶片的早衰影响棉花的产量,导致棉花纤维强度降低、纤维长度变短、纤维整齐度下降,从而降低棉纤维的成纱质量,因此,从生理生化、基因的表达和调节控制水平上揭示棉花的早衰机制,对提高棉花产量,改善棉花纤维品质具有重要的意义。 (1)以陆地棉品种辽棉9号的去根幼苗为材料,对其进行暗诱导衰老培养,在培养液中分别加入6-BA、ABA、GSH、H_2O_2、CaCL_2、A23187和A23187与CaCL_2,测定在不同培养条件下棉花去根幼苗叶片内源激素、SOD酶活性和MDA含量的变化,结果表明:棉花叶片衰老的可能过程首先是细胞分裂素含量的下降,ABA含量的上升。6-BA、GSH和钙离子均延缓叶片的衰老,ABA和H_2O_2促进叶片的衰老。 (2)以3个生育和衰老特性不同的短季棉品种作材料,测定它们在生育进程中主茎叶内源激素含量的动态变化,结果表明:短季棉的早熟性与主茎叶早期吲哚乙酸(IAA)和玉米素及其核苷(Z+ZR)含量出现高峰值的时间相一致,这两种激素高峰值出现的时间愈早,其产量器官发育也早;短季棉的早衰性与主茎叶后期脱落酸(ABA)、乙烯和IAA出现的高峰时间相一致,而与主茎叶异戊烯基嘌呤及其核苷(iP+iPA)含量相反,短季棉始絮后,主茎叶iP+iPA含量低、ABA、IAA和乙烯含量高的品种易早衰,主茎叶iP+iPA含量高、ABA、IAA和乙烯含量低的品种抗早衰。 (3)以辽棉9号衰老叶片的cDNA为模板,利用RACE技术,克隆了棉花Ghcysp基因,注册号为AY604196。基因序列的长度为1368bp,包含一个1034bp的开放阅读框,起始于序列的99位,终止于1133位,编码344个氨基酸。在棉花基因组中,Ghcysp基因是两个拷贝。Ghcysp蛋白质与其它植物半胱氨酸蛋白酶的氨基酸同源性为67%—82%。Ghcysp基因编码蛋白质的分子量为37.88 KD,等电点为4.80。该蛋白质具有半胱氨酸、组氨酸和天冬氨基酸三个活性催化反应中心,是一个跨膜蛋白质,位于液胞膜上。 (4)基因表达分析表明:在棉花的根、下胚轴、花、胚珠和幼叶中,Ghcysp基因不表达,在棉花的衰老叶片中Ghcysp基因表达。细胞分裂素和蔗糖处理,可以抑制Ghcysp基因的表达,IAA处理的初期,抑制Ghcysp基因的表达,后期Ghcysp基因的表达量恢复到处理前,ABA和双氧水处理,增加叶片Ghcysp基因的表达量。ABA、双氧水和黑暗处理未进入衰老叶片,不能增加的Ghcysp基因的转录,这说明棉花Ghcysp基因是叶片自然衰老特异表达的基因。 (5)比较中棉所10号和中棉所36上部与中部棉铃纤维发育蔗糖合成酶(SuSy)活性和与mRNA转录的差异,结果发现,在棉花纤维发育的初期,胚珠SuSy酶活性和mRNA转录的下降,导致棉花铃重的下降,开花2-3天后,其胚珠表皮细胞突起SuSy酶活性与mRNA转录量下降,可导致纤维长度的下降、短绒增加。花后18-27天,蔗糖合成酶的活性和mRNA转录下降,影响棉花纤维的强度和伸长率。


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