New Phytologist| 发现糖信号是一种“生发素”,通过与MBW复合体和生长素信号的相互作用来促进棉纤维的启动

植物种植技术 遗传学研究技术
eplants    2021-01-22    582

  棉花(Gossypium spp.)纤维是全球纺织业最重要的纤维素来源。在植物学上,它们是单细胞种子毛状体,由胚珠表皮细胞进行两次分化。第一次发生在开花前16-24小时,大约四分之一的胚珠表皮细胞分化成可纺的纤维细胞,别名皮棉。皮棉数和皮棉长度是决定棉花产量和品质的重要因素,因此一直是棉纤维研究的热点。相反,人们较少注意到第二波纤维起始,它出现在花后4-10天左右,产生短的绒毛纤维。成熟后,绒毛纤维在种子表面形成一层密集的缠绕在一起的垫子。在纺织工业中,无毛棉籽是首选,因为它们在收获后容易剥皮,皮棉纤维断裂较少。因此,识别负责皮棉和绒毛形成的基因将为深入了解细胞模式的调控以及培育更高皮棉产量和质量的棉花提供理论基础。

  近日,New Phytologist 在线发表了澳大利亚纽卡斯尔大学Ruan Yonglin团队的题为Looking into ‘hair tonics’ for cotton fiber initiation的研究论文,发现糖信号是一种“生发素”,通过与MBW复合体和生长素信号的相互作用来促进棉纤维的启动。

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  最近的研究表明,棉纤维的起始受MYB-bHLH-WDR(MBW)转录因子复合物的控制。基于分子遗传学研究和与纤维表型相关的基因表达模式,作者认为需要特定但不同的MBW基因来精确调控皮棉和绒毛纤维的起始。

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  作者发现,糖信号是一种“生发素”,通过与MBW复合体和生长素信号的相互作用来促进纤维的启动。

  在皮棉纤维发育过程中,棉纤维最初在空间上首先出现在韧皮部蔗糖被卸载的珠柄顶部,然后在合点区域蔓延数小时,然后在几天内逐渐向珠孔末端发展(图2A)。在纤维发育过程中,纤维最初在空间上首先出现在韧皮部蔗糖卸载的地方,然后在合点区域扩散数小时,然后逐渐向珠孔末端发展(图2A)。有趣的是,液泡转化酶(VIN,一种在液泡中将蔗糖水解成葡萄糖和果糖的酶)的活性与纤维起始在空间和时间上都有很好的相关性。值得注意的是,在VIN表达抑制的转基因棉花品系(GhVIN1-RNAi品系)中,VIN活性的轻度、中度和重度降低分别导致了皮棉和绒毛较短的种子、有绒种子和无绒种子,这表明VIN活性在纤维起始过程中受到严格控制。

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  进一步发现,在纤维形成之前,R2R3-MYB(如GhMYB25-like)可能与VIN基因的启动子结合,激活VIN基因的转录。Vin水解蔗糖(Suc)为葡萄糖和果糖,从而产生己糖信号来激活R2R3-MYB基因(例如GhMYB25)的表达。此外,通过己糖激酶,己糖还可以将bHLH稳定在转录后水平。R2R3-myb与bHLH的结合可通过空泡酸化刺激VIN活性。此外,己糖信号可能调节生长素生物合成、感知和信号转导相关基因的表达。生长素信号可能上调某些R2R3-myb和bHLH基因的转录,而bHLH可能在转录水平上反馈调节生长素基因的转录。

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  综上,MBW转录因子、糖和生长素信号通路之间的相互作用提供了一系列微调途径来促进棉纤维的起始。该研究提供了一个完整的模型,作为未来研究的概念性框架,以剖析棉纤维起始的分子网络。

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