[发明专利]一种植物表达载体及其在棉花纤维性状改良中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物表达载体及其应用，具体涉及表达生长素合成相关基因的植物表达载体及其在棉花纤维性状改良中的应用，属于植物基因工程领域。

背景技术

棉花是世界上最重要的天然纤维作物，也是最重要的经济作物。我国是世界上最大的纺织品生产国和消费国,棉花产业在我国的国民经济中具有举足轻重的地位。近年来，随着人民生活水平的提高和纺织技术的革新，对棉花纤维品质的要求也相应提高；尤其是近年来以气流纺纱取代环锭纺纱的技术革命，要求更长、更强、更细和更整齐的纤维。但是，目前我国棉花推广品种大都纤维品质偏低，长度单一，纤维强度偏低，纤维较粗，缺乏纺60支以上的高档棉纱的品种，远不能满足市场的需要。这直接导致了我国原棉在国际市场上缺乏竞争力。同时也导致了我国棉花生产近年来一直处于一种结构性矛盾的困境： 一方面原棉产量逐年下降，而库存原棉仍不断增加，造成大量资金积压; 另一方面进口棉花数量却不断上升。随着我国加入世界贸易组织，我国原棉的结构性矛盾变得更为突出。能否迅速提高我国棉花品种的纤维产量和品质，直接关系到我国棉花产业的兴衰和纺织品生产加工业的生存与发展。

马克隆值是指棉花纤维成熟度和细度的综合指标，是棉纤维重要的内在质量指标之一。根据棉花使用价值的高低，将马克隆值分为A、B、C三级。A级马克隆值范围为3.7~4.2，品质最好；B级马克隆值范围为3.5~3.6和4.3~4.9；马克隆值在3.4及以下和5.0及以上的为C级。现在美国规定马克隆值在3.7~4. 2的棉花,每磅加1.1美分;马克隆值在2.5以下的,每磅扣15.6美分。棉花栽培品种主要是陆地棉，而优良纤维品质基因主要源于二倍体的瑟伯氏棉（纤维强度）、异常棉（纤维强度与细度）以及四倍体的海岛棉（纤维强度与细度）等。这些优良性状基因的利用，却在常规育种中受到诸多限制，单靠现有的棉花遗传种质资源和常规育种手段已经难以大幅度提高棉花产量，难以满足快速发展的纺织工艺革命对纤维品质的要求。利用基因工程技术育种可以打破物种间的遗传障碍，实现优良目的基因的定向转移，同时具有后代易于稳定，育种周期短等优点，这为棉花纤维产量和品质的改良提供了新的途径。但是目前人们还未得到与棉花纤维形成，以及产量和品质（强度、细度和长度等）直接相关的基因，使得利用基因工程改良棉花纤维缺乏有效的目的基因。人们对棉花纤维发生、发育和品质形成的分子机理也知之甚少。这些都极大地阻碍了对棉花纤维进行产量和品质改良的进程。

现有研究表明，棉花纤维是由棉花胚珠的外珠被表皮细胞经分化起始、伸长（初生壁合成）、增厚（次生壁合成）和成熟脱水四个过程发育而成的单细胞纤维. 棉花纤维细胞的最终长度可达20-30mm，高的可达35-40mm，其长径比达1,000-3,000。这样高的径长比是纤维细胞剧烈伸长的结果，其中必然有促进细胞生长和伸长的植物激素参与。纤维细胞的起始与伸长都与生长素(Auxin，如吲哚乙酸indole-3-acetic acid，IAA)密切相关。利用离体培养的棉花胚珠，人们发现未受精的胚珠培养后不能产生纤维，但在培养基中添加GA和IAA能诱导纤维的生长；生长素拮抗剂处理表明生长素是纤维原始体伸长的关键因素(Beasley CA，1973，Science,179:1003-1005；Beasley CA 等，1973，American J Bot，60，130-139)。Giavalis等2001年报道了GA3和IAA处理对培养的未受精胚珠纤维数量的影响，研究结果表明，在开花前或开花后施用外源GA和IAA，可以使培养的未受精胚珠纤维的数量显著增加(Giavalis S等，2001，J Cotton Sci，5，252-258). Seagull 和 Giavalis 2004年进一步发现，在自然生长状态下，GA₃和IAA处理棉花的蕾或铃，可以明显增加纤维细胞的数量。而且IAA处理开花前或开花后的棉铃可使单个棉籽上的纤维细胞数量增加58%( Seagull RW等，2004，J Cotton Sci,，8，105-111)。 以上研究都表明IAA能促进棉花纤维的产生，与纤维发育生长的关系密切。