%A 唐丽媛, 蔡肖, 王海涛, 李兴河, 张素君, 刘存敬, 张建宏 %T 最新录用:棉花FLA基因家族的全基因组鉴定及GhFLA05在棉纤维发育中的功能分析 %0 Journal Article %D 0 %J 中国农业科学 %R %P 1- %V %N %U {https://www.chinaagrisci.com/CN/abstract/article_22856.shtml} %8 2023-05-22 %X 【背景】伴随着棉纺织工艺水平的提升和人们对高品质纺织品的追求,提升棉花纤维品质日益重要。类成束阿拉伯半乳糖蛋白(fasciclin-like arabinogalactan proteinsFLAs)在棉纤维起始发育、次生壁合成等过程中可能具有重要作用。【目的】通过对棉花FLA基因家族进行全面鉴定与分析,研究该家族成员的共性特征及特异性表达模式,为FLA在棉纤维发育中的功能研究提供参考。【方法】根据棉花全基因组数据,使用HMMER 3.0对棉花FLA基因家族成员进行鉴定,并通过PfamSmart等软件进一步确认。使用ExPASyTMHMM分析蛋白理化性质及跨膜结构域,应用MEGAMCScanXGSDSMEMETbtoolsJalview等工具进行进化树构建、染色体定位、共线性分析和蛋白保守结构域序列比对等。通过转录组数据分析陆地棉FLA基因在不同组织中的表达情况。利用实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reactionqRT-PCR)检测GhFLAs在不同纤维品质材料的胚珠及不同发育时期纤维中的表达差异。利用病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencingVIGS)技术验证GhFLA05的功能。【结果】在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉全基因组中分别鉴定出41402021FLA家族成员,系统进化树显示,棉花FLA蛋白可以分为4个群组。进一步对陆地棉FLA家族蛋白进行分析,41个成员均具有1—2AGP-like糖基化区域和1—2个类成束蛋白结构域(fasciclin-like domainFAS),其中37个含有信号肽(signal peptideSP),25个含有糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidy linositol anchored proteinGPI)锚定信号,基因结构和基序组成在各组中相对保守。亚细胞定位显示,GhFLA05_D可能定位在细胞质的内质网,呈聚集状颗粒,GhFLA18_AGhFLA22在细胞膜/壁、细胞质和细胞核中均有表达。转录组测序结果表明,Group AGroup B中的FLA蛋白主要在纤维中高表达,可能参与了棉纤维发育伸长和次生壁加厚等过程。在纤维品质差异显著的2个材料中,Group AGroup B成员具有相似的表达模式,并主要在纤维次生壁发育阶段、尤其是20—25DPA时期优势表达;其中,GhFLA05在次生壁增厚期表现出特异性表达两材料间存在显著差异,在高比强的RIL229的次生壁阶段更早达到最大值,推测GhFLA05可能在调控纤维比强度差异形成中发挥作用。利用VIGS技术沉默GhFLA05后,使棉纤维断裂比强度降低。【结论】在陆地棉、海岛棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中鉴定出122FLA家族成员,可分为4个群组,不同群组成员间具有较高的结构和功能相似性,并从中鉴定了家族中Group AGroup B成员可能是主要与棉纤维发育相关的基因。明确家族中GhFLA05是次生壁合成阶段优势表达基因,并与陆地棉不同材料纤维比强度差异形成密切相关。