棉花中一个钝叶醇14α-脱甲基酶基因同源基因(GhCYP51G1)的克隆、序列特征和表达分析

为研究植物固醇在棉花纤维细胞生长发育中的作用和信号传导机制,通过筛选棉花EST数据库并对目标EST序列进行整合和分析,从陆地棉栽培品种徐州142正在发育的纤维中克隆了植物固醇合成途径的重要酶基因——钝叶醇14α-脱甲基酶基因的同源基因,命名为GhCYP51G1(GenBank登录号为EU727154)。该基因编码486个氨基酸残基,其分子量和等电点分别为55.2kD和8.87。推导的氨基酸序列与烟草、马铃薯和葡萄等物种中CYP51家族成员有较高的同源性。而且具有钝叶醇14α-脱甲基酶序列中的典型保守结构域,如多个底物结合位点和血红素结合域。说明该克隆基因是钝叶醇14α-脱甲基酶基因的同源基因。实时定量RT-PCR的结果表明GhCYP51G1基因在快速伸长期的纤维中具有较高的表达水平,而在子叶、雌蕊和雄蕊以及开花后6d胚珠、开花后0d和2d的胚珠纤维中表达水平较低。在开花后8d的纤维细胞中GhCYP51G1的表达水平最高,这些结果说明该基因在纤维细胞的伸长生长中具有重要作用。同时在纤维生长过程中,由于生长素能够下调GhCYP51G1基因的表达,暗示植物固醇在植物激素,特别是油菜素类固醇物质和生长素的相互作用中具有一定作用。

棉花GhHMGR基因在胚珠生长发育过程中的功能

采用植物基因工程技术,选用CaMV35S组成型启动子驱动棉花3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶A还原酶基因GhHMGR在棉花中表达,检测10 DPA(days post anthesis)棉花胚珠内HMGR(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase)酶及可溶性糖、脂质及蛋白质含量,同时进行了胚珠离体培养。结果显示,Gh HMGR在棉花光照部位(叶柄和铃壳)表达量相对较高,非光照部位(根及胚珠)表达量低;超量表达GhHMGR可部分恢复拟南芥hmgr突变体性状;相较野生型,超量表达株系10 DPA胚珠的HMGR含量升高,反义株系则降低;且超量表达株系总脂质及蛋白含量升高,可溶性总糖含量降低,反义株系则出现相反结果;HMGR竞争性抑制剂洛伐他汀处理会导致胚珠发育畸形。以上结果表明,GhHMGR基因在棉花胚珠生长发育过程中扮演重要角色。