[发明专利]棉花GhJAZ11-D基因鉴定及应用

说明书

本发明涉及一个棉花GhJAZ11‑D基因鉴定及应用。GhJAZ11‑D基因开放阅读框全长687bp，编码一个含有228氨基酸的蛋白质。该基因在棉纤维起始期高量表达，且在纤维伸长期显示出表达量逐渐上升的趋势。在棉花中过量表达GhJAZ11‑D基因导致转基因棉花纤维长度显著增加，纤维品质也有所提高，这表明该基因参与调控棉花纤维细胞的发育过程。GhJAZ11‑D蛋白定位于细胞核中，能够与茉莉素信号通路中的关键因子GhCOI1和GhMYC2发生相互作用，表明GhJAZ11‑D参与棉花茉莉素信号调控。上述结果表明，GhJAZ11‑D可能通过影响茉莉素信号通路来调节棉纤维发育及纤维品质性状。综上所述，本发明提供了一个在棉纤维品质改良中具有重要应用价值的功能基因。

技术领域：

本发明涉及一个棉花基因GhJAZ11-D的克隆与功能鉴定。

背景技术：

棉花是世界上最重要的经济作物之一。我国是世界上最大的产棉国和棉花消费国，棉花生产在我国国民经济中占有十分重要的地位。棉纤维是棉花生产的主要产品，其产量和品质直接决定了棉花生产的产值和效益，因此，一直以来，提高棉纤维产量和品质都是棉花育种的主要目标。

棉花纤维是由胚珠外被上的表皮细胞分化而成的一种无分支的种子表皮毛。每个棉纤维细胞都是单细胞，且在其伸长过程中不具有细胞分裂和多细胞发育过程，因此，棉纤维细胞是研究细胞分化和伸长的理想材料(Kim and Triplett，2001)。棉纤维细胞分化和发育过程可分为纤维细胞起始(开花前3天–开花后5天)、快速伸长(开花当天–开花后20天)、次生壁沉积(开花后16–40天)和脱水成熟(开花后40–50天)四个不同而又重叠的时期(Basra and Malik，1984)。纤维细胞的起始与伸长直接影响到棉纤维的数量和长度，而次生壁加厚则影响棉纤维的强度和马克隆值等性状。因此，克隆棉花纤维发育相关基因，研究基因产物之间的关系，解析棉花纤维发育的分子机制，不仅具有重要的理论意义，而且对棉花纤维产量和品质改良具有重要的应用价值。

棉花纤维发育过程受到细胞内植物激素水平的调控。采用棉花离体胚珠培养技术，Beasley和Ting检测了不同激素对棉花纤维分化及发育过程中的作用，结果表明吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA)可以促进棉花纤维的起始和伸长，而细胞分裂素和脱落酸(ABA)对纤维的发育有抑制作用(Beasley and Ting，1973)。后来的研究发现，油菜素内脂(BR)对纤维起始分化和伸长也是必需的(Sun et al.,2005)。乙烯可以通过促进蔗糖合成酶、微管蛋白和膨胀素相关基因的表达来促进纤维伸长(Shi et al.,2006)。近年来的研究还发现，外源的茉莉素(JA)可以抑制棉花纤维的伸长(Tan et al.,2012)。

茉莉素(JA)作为一种重要的植物激素，广泛分布于植物幼嫩组织、花和发育的生殖器官中(Browse，2009)，通过信号转导途径调控植物生长发育和对外界环境的防御应答。研究表明，JA在植物体内具有多种生理功能，概括起来有如下两大方面：(1)调节植物生长发育。例如，促进叶片衰老、抑制种子萌发、抑制幼苗生长和根的伸长，与雌蕊的发育、表皮毛发育和与花青素积累相关等。(2)作为信号分子参与各种生物和非生物胁迫应答(Qi etal.,2011；Wasternack，2007)。茉莉素信号通路有三个关键因子：受体COI1，抑制因子JAZ和下游主要正调控因子MYC2。当植物体内JA浓度较低时，JAZ与MYC2互作，从而抑制MYC2对下游JA应答基因的正调控作用。而当植物受到刺激或发育需要时，植物体内存在较高的JA浓度，JA的活化形式(JA-Ile)被受体COI1识别并结合，招募JAZ蛋白，形成COI1-JA-Ile-JAZ复合体，使JAZ被SCF^COI1的E3连接酶泛素化，并以依赖于26S蛋白酶体的形式被降解，从而使MYC2可以结合到下游JA应答基因的启动子上，促进下游基因表达，从而引发JA信号通路(Howe，2010)。