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分子植物育种
(
网络版
)
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online)
1063
1.2.4
其它一些与纤维细胞伸长发育相关的基因
植物细胞中的几丁质酶也在细胞发育过程
中起着重要的作用。
Zhang
等
(2004)
从陆地棉中克
隆到
GhCTL1
、
GhCTL2
，
2
个几丁质酶基因，
它们在开花后
18 d
的纤维细胞中优势表达，而
且
GhCTL2
启动子能引导
GUS
基因在多种具有
次生细胞壁的细胞中特异表达，因此推测
GhCTL
编码的几丁质酶类似蛋白是初生壁和次
生壁形成过程中纤维素生物合成所必需的。其
更进一步的研究还推测
GhCTL
成员可能还与纤
维短绒细胞的发育有关。
Kawai
等
(1998)
从
16~18 DPA
的棉纤维
cDNA
文库中，分离到在棉纤维中表达的基因
GhCAP
，其
开放阅读框编码
471
个氨基酸组成的蛋白。
RNA
杂
交分析发现，棉花的
GhCAP
基因主要在棉纤维发
育早期表达。
Kim
和
Triplett (2004)
利用
mRNA
差
异显示法比较棉花野生型
TM-1
和其裸籽近等基因
突变
N1
，获得了
GhGLP1
(germin-like protein)
基因，
该基因在棉纤维快速伸长期的表达量达到最高，并
随着棉纤维伸长速度的降低而迅速下降。
Zhao
和
Liu(2006)
通过
RACE
技术在
cDNA
差
显文库中克隆到
GhRGP1
基因，
Northern
杂交显示
该基因在棉纤维细胞中优势表达，并且在初生壁形
成及次生壁生成阶段表达量最高。
Wu
等
(2006)
通过
GUS
转化烟草来检测
GhRGP1
编码蛋白的时空表
达特点，发现在幼嫩的正在伸长的根中，雄蕊、花
药等生殖器官，及表皮毛中有大量的表达，这些结
果更证实了该基因在棉纤维发育过程中起着重要
作用。
Song
和
Allen(1997)
从纤维及胚珠的
cDNA
差
显文库中克隆到一个在纤维中特异表达的
ACP
(acyl carrier protein)
基因，
Northern
杂交结果显示，
该基因在纤维伸长期优势表达，因些推测该基因可
能通过调节膜脂质的形成而影响棉纤维的伸长。
张燕洁等分离克隆出两个在李氏超短纤维突
变型
(Li
1
li
1
)
和野生型
(li
1
li
1
)
中差异表达的
DNA
序
列，即
Li
1
突变基因的两条
EST
序列，将其分别命
名
GhCHS
(GenBank
登录号
: EF643506)
和
GhCPI
(GenBank
登录号
: EF643507)
。证明
GhCHS
基因在
纤维伸长阶段的起始时期表达量稍高于伸长阶段
的其它时期，并推断其对纤维伸长的影响可能是因
为其编码合成的查尔酮合酶抑制了生长素的运输；
GhCPI
基因在纤维伸长期优势表达，且其在纤维伸
长阶段起始时期的表达量稍低于伸长阶段的其它
时期
(
张燕洁等
, 2009)
。
秦超等通过构建棉纤维
GhCCR4
基因的瞬时表
达体系，发现该基因在棉花纤维伸长期和次生壁增
厚期持续表达。且发现在
27 DPA
时，转
GhCCR4
基因的纤维长度明显短于对照，而且细胞壁也明显
增厚
(
秦超等
, 2010)
。
Shi
等
(2006)
通过基因芯片技术筛选到
3
个乙烯
合成酶基因
(
GhACO1
,
GhACO2
,
GhACO3
)
，它们在
纤维细胞的伸长过程中起关键作用，且认为对于调
控纤维细胞的伸长，乙烯比油菜素内酯更有效。另
外，该陆地棉基因表达谱芯片结果显示，编码第三
类过氧化物酶的基因在纤维细胞快速伸长期上调
表达。为了进一步验证这些基因的功能，
Mei
等
(2009)
克隆了
10
个编码第三类过氧化物酶的
GhPOX
基因，他们以陆地棉徐州
142
及其无绒突变
体为材料，结合芯片数据显示，在这
10
个基因中
GhPOX1
是纤维快速伸长中表达水平最高的，且在
10~15 DPA
野生型纤维细胞中表达水平较-
3 DPA
胚增加了
400
多倍，而
10 DPA
之前和无绒突变体胚
中则仍维持在一个很低的水平，这些数据表明
GhPOX1
的表达和调控主要发生在纤维发育阶段。
为了进一步验证
GhPOX1
的功能，将与
GhPOX1
同
源基因
AtPOX13
导入拟南芥，结果显示
AtPOX13
在
拟南芥根中显著表达，而
AtPOX13
的缺失突变体中
拟南芥侧根数目及长度较野生型都大幅下降，说明
AtPOX13
参与侧根细胞的发育起始和延伸过程。从
而推测
GhPOX1
调节植物细胞的伸长，同时也说明
棉花第三类过氧化物酶可能在纤维伸长中调节
ROS
代谢起重要作用。
1.3
次生壁加厚
棉纤维细胞次生壁增厚期开始于
16~19 DPA
，
持续到
40~50 DPA
，与纤维伸长期有
10~15 d
的重
叠。次生壁加厚主要影响纤维的细度、成熟度及纤
维比强度。次生壁几乎全部由纤维素组成。次生壁
合成时期，纤维素的沉积量决定了棉纤维细胞壁的
厚度。在适宜的外界条件下，如果次生壁加厚发育
开始时间越早，并且持续时间越长，则最终形成的
纤维强度就高，反之纤维强度低
(
卞海云等
, 2004)
。
目前，已经从棉花中克隆到了编码纤维素合成
酶亚单位的基因。对开花后
21 d
的棉纤维
cDNA
文
库进行测序分析，得到
GhCelA1
和
GhCelA2
这
2
个基因，它们与细菌
CelA
基因同源。其中
GhCelA1