GA 赤霉素信號轉(zhuǎn)導與棉纖維的分子發(fā)育----參考

1、HEREDITAS (Beijing 2007年3月, 29(3: 276282 ISSN 0253-9772 綜 述 收稿日期: 2006-08-04; 修回日期: 2006-09-01基金項目: 國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計劃項目(編號: 2004CB117307資助Supported by the State Key Basic Research and Development Program (973 Program (No. 2004CB117307作者簡介:王榮(1968, 女, 碩士研究生; 專業(yè)方向: 分子遺傳學通訊作者: 張根發(fā)(1956男, 博士, 教授, 博士生導師

2、, 研究方向: 遺傳學。E-mail: gfzhDOI: 10.1360/yc-007-0276赤霉素信號轉(zhuǎn)導與棉纖維的分子發(fā)育王榮1, 2, 崔百明3, 彭明3, 張根發(fā)11. 北京師范大學生命科學學院, 北京 100875;2. 安徽阜陽師范學院生物系, 阜陽 236032;3. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院熱帶作物生物技術(shù)研究所, ?？?571737摘要: 赤霉素(Gas作為一種高效能的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對棉纖維的分化和發(fā)育有著非常重要的影響, 但是, 一直以來有關(guān)赤霉素與棉纖維分化和發(fā)育的分子機制的研究還很少。文章論述了近年來GA 信號組分、轉(zhuǎn)導途徑的分子生物學研究進展以及GA 與棉纖維分子發(fā)育的

3、相關(guān)研究成果, 旨在為揭示赤霉素調(diào)控棉纖維分化和發(fā)育的分子機制以及改善棉纖維品質(zhì)的棉花育種工作提供新的思路。 關(guān)鍵詞: 赤霉素; 信號轉(zhuǎn)導; 棉纖維發(fā)育Gibberellin signal transduction and cotton fiber molecular developmentWANG Rong 1, 2 , CUI Bai-Ming 3, PENG Ming 3, ZHANG Gen-Fa 11. College of Life Science , Beijing Normal University , Beijing 100875, China ;2. Department

4、of Biology , Fuyang Normal College , Fuyang , Anhui Province 236041, China ;3. Institute of Biotechnology in Tropics Crops , Chinese Academy of Tropics Agriculture , Haikou 571101, ChinaAbstract : Gibberellins (GAs is a sort of high efficiency plant growth regulator which is very important for cotto

5、n fiberinitiation and development. Recently, the research of GA signal transduction mostly focuses on Arabidopsis, wheat, barley, maize, rice and so on. Yet we know little about molecular mechanism of GA to cotton fiber initiation and development. In recent years, exciting progress has been made in

6、identifying many important components involved in gibberellin signal transduction pathways, which can help us to understand deeply these pathways and their regulation. This review summa-rized the recently research process of GA signal transduction and correlation of GA and cotton fiber molecular dev

7、elop-ment. We hope that the paper can provide some new ideas about the function and mechanism of GA in cotton fiber initiation and development, and for cotton breeding task.Keywords: gibberellins; signal transduction; cotton fiber development棉花(Gossypium spp.是世界上最重要的經(jīng)濟作物, 其主要產(chǎn)品棉纖維是紡織工業(yè)的主要原料。長期以來, 人們

8、對棉纖維發(fā)育的形態(tài)、生理生化、及細胞學方面進行了大量細致的研究, 而對棉纖維發(fā)育機制, 特別是分子生物學機制的研究重視不夠,了解較少1。但是, 近些年來, GA 生物合成和調(diào)控的研究在許多重要植物中深入到分子生物學層次2。本文概述了GA 信號轉(zhuǎn)導的最新研究進展以及GA 與棉纖維分子發(fā)育的相關(guān)內(nèi)容, 依據(jù)赤霉素信號轉(zhuǎn)導途徑在很多植物中相對保守這一特性3, 提第3期王榮等: 赤霉素信號轉(zhuǎn)導與棉纖維的分子發(fā)育 277出了赤霉素在棉纖維發(fā)育中作用的研究方法和可能前景, 期望能為揭示赤霉素調(diào)控棉纖維分化和發(fā)育的分子機制的研究以及改善棉纖維品質(zhì)的棉花育種工作提供新的有益思路。1棉纖維發(fā)育概況棉纖維是指棉花

9、種子表皮毛, 是由棉花胚珠外珠被表皮細胞經(jīng)分化、發(fā)育而形成的單細胞纖維, 其發(fā)育過程可分為起始(initiation、伸長(elongation 主要為初生壁合成期 、次生壁增厚( secondary wall thickening 和脫水成熟(maturation 4個時期4, 每個時期各具特點, 但相鄰時期之間沒有截然區(qū)分的界線, 并且有所重疊。棉纖維分化、發(fā)育過程表現(xiàn)的特點使之成為研究植物細胞分化、伸長、細胞骨架、細胞壁形成及纖維素生物合成的模式材料5。棉花胚珠表皮細胞(除氣孔表皮細胞和珠孔細胞外都具有分化成棉纖維的潛能, 但只有30%的表皮細胞最終可形成單細胞的纖維。棉纖維有2種, 一

10、種是花前啟動、花期開始伸長的纖維(lint, 即可用于紡織品的纖維, 也是本研究所指的纖維; 另一種是在花后510天啟動發(fā)育的纖維(fuzz, 也即絨。纖維原始細胞的啟動要經(jīng)歷分化和突起2個過程, 分化發(fā)生在突起之前。棉纖維發(fā)育的啟動期較短, 啟動后即迅速進入伸長期。伸長期主要進行初生細胞壁的合成, 為期1618天; 在伸長期結(jié)束時, 纖維細胞開始次生細胞壁的合成, 大約經(jīng)歷30天左右; 最后再經(jīng)過5天左右的成熟期, 就形成了幾乎全部(90%由纖維素組成的細胞壁, 產(chǎn)生了完整的棉纖維。研究表明, 許多激素對棉纖維分化和發(fā)育都有重要影響, 包括: 生長素、赤霉素、細胞分裂素、脫落酸、和乙烯等。棉

11、纖維的發(fā)育是由各種激素共同調(diào)控的結(jié)果。因此, 只有了解各種激素具體的信號轉(zhuǎn)導途徑, 以及各種信號轉(zhuǎn)導途徑之間的相互關(guān)系, 才能最終揭示激素調(diào)控植物生長發(fā)育的分子機制6。生長素和赤霉素對棉纖維的分化和發(fā)育起促進作用7, 因此與棉纖維的質(zhì)量和產(chǎn)量關(guān)系更為密切。2赤霉素信號轉(zhuǎn)導研究進展赤霉素(GA是一類高效生長激素, 能作用于高等植物的整個生命周期, 可影響種子的萌發(fā)、莖的伸長、花的誘導和種子的形成等一系列生命過程810; GA信號傳導的研究工作成果很多, 它是在谷物類糊粉層系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)上取得的。在糊粉層中-淀粉酶是表達最豐富的水解酶, 該基因的表達受GAs 誘導; 可用于檢測GA信號傳導的狀態(tài)1

12、1, 12, 是一個研究GA信號轉(zhuǎn)導的重要標記基因。2.1赤霉素信號轉(zhuǎn)導的重要中間組分赤霉素的信號轉(zhuǎn)導是一個復雜的過程, 包括有GA信號的感受、信號的轉(zhuǎn)導以及最終引起特定的GA 反應(yīng)等一系列過程13。利用瓊脂糖固定化的GA4處理糊粉層原生質(zhì)體或?qū)A4微注射到原生質(zhì)體內(nèi), 結(jié)果均表明GA存在膜受體, 且定位于質(zhì)膜外側(cè)14, 15, 利用光親和標記實驗已在莖尖和糊粉層中鑒定了2個GA4結(jié)合蛋白14, 16, 但是GA的膜受體還沒有被確定。最近有研究表明水稻GA不敏感型突變體DWARF1 (GID1蛋白很可能是人們長期以來尋找的GA受體17。這一新的發(fā)現(xiàn)為長期以來困惑人們已久的GA信號轉(zhuǎn)導途徑的研

13、究提供了重要的依據(jù)。研究表明, 異三聚體G蛋白, cGMP、Ca2+、鈣調(diào)素(CaM和蛋白激酶等都可能是GA信號轉(zhuǎn)導途徑中的第二信使18。與G蛋白偶聯(lián)的跨膜受體相互作用的異三聚體G蛋白被認為是GA信號轉(zhuǎn)導途徑的重要組分。借助于擬南芥等模式植物突變體的篩選與禾谷類植物糊粉層系統(tǒng)的建立, 通過分子遺傳學和藥理學等分析, 已鑒定出GA 信號轉(zhuǎn)導途徑中的5個正向作用因子DWARF1、PHOR1、PICKLE、MYB轉(zhuǎn)錄因子和SLEEPY1, 3個反向作用因子RGA/GAI、SPY、SHI。它們都是GA信號轉(zhuǎn)導途徑的重要組分。這些組分是高度保守的, 不同物種中的正向因子和反向因子在GA信號傳遞過程中的作

14、用十分相似。2.1.1 正向因子及其作用2.1.1.1 DWARF1水稻DWARF1(D1基因是編碼異三聚體G蛋白-亞基的唯一基因。d1突變體表型為半矮化、葉片濃綠, 與GA缺失型突變體相似; 而d1、slr1雙突變體則表現(xiàn)為slr1突變體細長的表型, 這表明SLR1在D1的下游起作用19, 20。與水稻一樣, 擬南芥中也僅有一個編碼G蛋白-亞基的基因, 但是其突變體(loss-of-function mutation的表型卻為非矮化21, 22, 所以G蛋白-亞基在GA反應(yīng)中的作用似乎因植物種類而異。278 HEREDITAS(Beijing2007第29卷2.1.1.2 PHOR1短日照條

15、件下生長的馬鈴薯葉片中, PHOR1 (PHOTOPERIOD RESPONSIVE1的mRNA水平提高23。反義抑制PHOR1基因的表達會引起表型的半矮化, 對GA的響應(yīng)能力降低, 而內(nèi)源GA水平則提高; 過量表達PHOR1引起植株過量生長, 且對外源GA的響應(yīng)能力提高。PHOR1含有7個armadillo 重復序列, 缺失實驗證明這些armadllo重復序列是PHOR1的核定位信號, 且該功能可為CPI所逆轉(zhuǎn), 據(jù)此可推測出PHOR1發(fā)揮作用的模式, 當GA信號不存在時, CPI使PHOR1保持在胞質(zhì)溶膠中, 這時PHOR1處于非活性狀態(tài); 當GA信號轉(zhuǎn)導時, CPI受到抑制, armad

16、illo重復序列使PHOR1定位到核內(nèi), 從而促進GA反應(yīng)中的正向因子基因的轉(zhuǎn)錄。2.1.1.3 PICKLEpickle(pkl突變體的表型為半矮化, 與GA缺失型突變體相似, 但外源GA處理不能使矮化莖延長, 表明PKL參與GA的信號轉(zhuǎn)導。擬南芥中的PKL蛋白包含CH3染色質(zhì)重組因子(chromatin-remodeling factors中的特征型功能域, 而已知CH3蛋白參與構(gòu)成的復合體具有抑制轉(zhuǎn)錄的組蛋白脫乙酰酶活性, 對CH3染色質(zhì)重組因子的進一步研究可為揭示PKL 在GA反應(yīng)途徑中的作用機制提供有用的信息。2.1.1.4 MYB轉(zhuǎn)錄因子GAMYB是GA誘導的MYB轉(zhuǎn)錄因子, 它能

17、使大麥-淀粉酶基因啟動子活化, 在擬南芥中分離到3個與大麥糊粉細胞有類似功能的GAMYB蛋白, 其中的AtMYB33可能與GA誘導植株開花的生理功能有關(guān)24。2.1.1.5 SLEEPY1隱性的sly1突變體表型與GA缺失突變體相似, 外源GA不能使其逆轉(zhuǎn), 表明SLY蛋白是GA反應(yīng)所必需的25, 有研究表明隱性的sly1突變體的表型可通過它的同源基因SNEEZY的過表達而得到恢復26。2.1.2 反向因子及其作用2.1.2.1 RGA/GAI蛋白對擬南芥RGA基因的克隆和研究表明, RGA蛋白很有可能是一類轉(zhuǎn)錄抑制因子, 它抑制GA的信號轉(zhuǎn)導27, 28。RGA蛋白定位于核內(nèi), GA處理后R

18、GA 蛋白迅速降解。擬南芥gail突變體對GA的響應(yīng)能力減弱, 而植株內(nèi)生物活性的GA含量升高, 表明RGA/GAI蛋白參與GA生物合成的反饋調(diào)節(jié)29。GAI 和RGA基因有82%的序列相同, 它們屬于植物特異性GRAS調(diào)節(jié)蛋白基因家族30。已知的與GA信號轉(zhuǎn)導有關(guān)的GRAS基因都含有一個酸性的氮末端DELLA區(qū)域, DELLA區(qū)域中17個氨基酸的缺失即能產(chǎn)生矮化的表型, 因此DELLA區(qū)域?qū)GA/GAI 蛋白的活性很重要31, 32。此外, RGA/GAI蛋白都含有七個絲氨酸-蘇氨酸-亮氨酸重復序列和假定的核酸定位序列(NLSs。RGA/GAI蛋白的結(jié)構(gòu)特征和核定位功能表明它們是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因

19、子33。2.1.2.2 SPYSPY蛋白為擬南芥(Arabidopsis thaliana中SPINDLY(SPY基因的產(chǎn)物, 是最先揭示的 GA信號轉(zhuǎn)導組分。SPY基因在植物中呈組成型表達, 其蛋白主要分布在細胞核部位34, 35。spindly(spy突變體是一種GA組成型不敏感突變體, 擬南芥中已經(jīng)分離到SPY基因, 也在大麥中分離到同源基因HvSPY36。大麥糊粉細胞原生質(zhì)體中, HvSPY的瞬間表達能夠抑制GA誘導的-淀粉酶基因的表達, 這進一步證明SPY和HvSPY是GA 信號轉(zhuǎn)導的抑制因子37。SPY是一個單拷貝基因。cDNA全長約3.5 kb, 編碼含914個氨基酸的蛋白。一些

20、spy突變體的某些表型與GA 在植物發(fā)育中的作用不一致38。這有兩種可能: 一是GA在生長發(fā)育過程中還有其他未被了解的生理功能, 二是SPY 也參與其他信號轉(zhuǎn)導途徑, 調(diào)節(jié)其他代謝途徑的反應(yīng)。RGA、GAI 和GAMyb等參與GA信號轉(zhuǎn)導途徑的組分很可能是SPY相互作用與修飾的對象。也有研究表明SPY在調(diào)控植物發(fā)育中起重要作用, 這種作用甚至超過了它在GA 信號轉(zhuǎn)導中的作用39。2.1.2.3 SHIshi(short internodes突變體表型為半矮化, SHI 基因在還沒有快速伸長的幼嫩器官中表達, 說明它可防止幼嫩器官對GA發(fā)生響應(yīng)而啟動伸長生長, SHI在大麥糊粉細胞中的表達能使G

21、A誘導的-淀粉酶的表達受抑制, 預(yù)示其反向調(diào)節(jié)GA反應(yīng)40。SHI蛋白含環(huán)狀的鋅指區(qū)基序(zinc finger motif, 一般認為, 鋅指區(qū)能調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)水解或轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程中的蛋白質(zhì)相互作用。實驗表明阻遏是GA信號轉(zhuǎn)導最基本的方式, GA信號通過去除阻遏來激活轉(zhuǎn)導途徑, 在GAs信號第3期王榮等: 赤霉素信號轉(zhuǎn)導與棉纖維的分子發(fā)育 279 轉(zhuǎn)導途徑中存在抑制子, 這些抑制子使GAs 信號傳導途徑處于阻遏狀態(tài), 當有GAs 信號時, 這些抑制子被降解, 從而解除了GAs 信號轉(zhuǎn)導途徑中的阻遏狀態(tài), 由GAs 誘導的與生長相關(guān)的基因才得以表 達41。具有生物活性的GA 與膜受體結(jié)合后, 可直接

22、或間接地激活第二信使和G 蛋白(D1, 并使 PHOR1定位到核內(nèi), 同時引起核內(nèi) RGA/GAI 的快速降解。在核中, GA 信號可能通過抑制SPY 的活性, 提高RGA/GAI 的磷酸化, 或者激活與OGT 特異性作用的N-已酰半乳糖胺酶而使RGA/GAI 失活。RGA/GAI 、PHOR1以及其他轉(zhuǎn)錄因子能調(diào)節(jié)特定基因的轉(zhuǎn)錄(圖1。圖1 GA 信號轉(zhuǎn)導基本模式18Fig. 1 Model of GA signal transduction182.2 GA 在擬南芥中的信號轉(zhuǎn)導模式考慮到棉纖維是一種特化的表皮毛, 與擬南芥的表皮毛發(fā)育有相似的生物學機理, 因此GA 在擬南芥中的信號轉(zhuǎn)導模式

23、對棉纖維發(fā)育機理的研究有重要的價值。目前, GA 在擬南芥中的信號轉(zhuǎn)導模式的研究主要集中在SPY, RGA 和GAI 上, 因為這3者在遺傳上的相互作用已為實驗所證實42。并由實驗推測RGA/GAI 蛋白很可能是SPY 的靶蛋白, 因此, 在GA 不足的情況下, RGA 和GAI 可經(jīng)SPY 的N-乙酰氨基葡萄糖基化修飾后活化4345。在動物系統(tǒng)中, GlcNAc 的蛋白修飾有助于他們在細胞核中的定位, 增加他們的穩(wěn)定性, 改變蛋白與蛋白之間的相互作用46,47, 通過抑制SPY 或增加RGA 和GAI 的磷酸化, GA 信號也可失活(圖2。3 赤霉素對棉纖維分化和發(fā)育的影響赤霉素對棉纖維的起

24、始、分化和發(fā)育有很大影響, 它可明顯改變生殖發(fā)育起止時間, 也影響細胞分裂和伸長。赤霉素對棉纖維分化和發(fā)育的影響主要是通過從棉鈴或胚珠中分離和鑒定內(nèi)源激素; 或者施用外源激素分析棉纖維的變化來研究獲得的。早期有關(guān)赤霉素的研究主要集中在棉鈴的發(fā)育和脫落兩個方面48。另外, 在人工棉纖維的研究中, 也發(fā)圖 2 擬南芥GA 信號轉(zhuǎn)導途徑中SPY, GAI 和RGA 之間的相互作用42a: 在GA 生物合成或信號傳導的突變體中, 由于沒有GA 的信號傳導, 跨膜的GA 受體被滅活;激活的SPY 作為OGT 通過GlcNAc 修飾RGA 和GAI, 激活的RGA 和GAI 作為轉(zhuǎn)錄的激活或抑制因子, 直

25、接或間接地激活或抑制基因的表達; b: 野生型植物的GA 受體被具有生物活性的GAs 激活, GA 信號不僅抑制SPY, 而且可能通過一個未知因子抑制RGA 和GAI, 激活GA 誘導基因的表達。Fig. 2 Proposed roles of SPY, GAI and RGA in the GA signaling pathway 42a: A GA-deficient cell in a GA-biosynthesis mutant or a wild-type cell without the GA signal. The hypothetical transmembrane GA re

26、ceptor is inactive in the absence of GA signal. In this situation, SPY is an active OGT. RGA and GAI become activated RGA and GAI proteins upon GlcNAc modification by SPY Active RGA*and GAI function as activators or repressors of transcription, and indirectly or directly inhibit the expression of GA

27、-induced genes. b: A GA-responding cell in a wild-type plant. The GA receptor (dark gray is activated by binding of bioac-tive GA. The GA signal inhibits RGA and GAI not only by deactivating SPY, but also by an unidentified factor which may deactivate RGA and GAI through interaction with the DELLA r

28、egion. The intensity of signal coming from the GA receptor complex will determine the level of SPY, RGA and GAI activities in a given cell.280 HEREDITAS(Beijing2007第29卷現(xiàn)赤霉素在誘導單纖維細胞產(chǎn)生和伸長中具有重要作用49。3.1赤霉素對棉纖維分化、伸長和次生壁形成的影響GA3能誘發(fā)較多的纖維原始細胞, 能刺激纖維使其具有一定程度的伸長, 在離體條件下, GA3對開花后8日之前的胚珠纖維伸長有較明顯的增效作用, 實驗證明GA3使棉

29、花未受精胚珠蘋果酸合成酶的活性提高。體外培養(yǎng)體系的研究表明, 如在培養(yǎng)基中加入GA3, 則纖維量大增; GA3能刺激纖維分化, 但它對纖維伸長的刺激不如生長素, 生長素單獨使用很少能促進纖維分化, 但卻有效地促進纖維伸長48。GA3似乎對纖維素的產(chǎn)量沒有影響, 它可刺激14C從葡萄糖進入纖維初生和次生細胞壁纖維素中, 在次生壁形成期間, 赤霉素對纖維素合成活化作用最大; 赤霉素的刺激效應(yīng)還表現(xiàn)在利用葡萄糖二磷酸尿苷上, 即表現(xiàn)在形成纖維素的代謝鏈的最后一個環(huán)節(jié)上?？赡茉蚴荊A3使-葡萄糖合成酶活化了, GA3還能加強糖酵解作用、呼吸鏈活性及氧化磷酸化作用。3.2赤霉素對棉花離體胚珠的影響在人

30、工棉纖維的研究中發(fā)現(xiàn)赤霉素在誘導單纖維細胞產(chǎn)生和伸長中具有重要作用。BeasLey和Ting50首先用GA3使未受精胚珠產(chǎn)生纖維。Trolinder等51證明在懸浮培養(yǎng)時, 不論培養(yǎng)基中是否有生長素存在, GA3都能使來源于棉花胚珠的愈傷細胞伸長, 另外, GA3還可使胚珠愈傷組織來源的纖維細胞數(shù)量增加。Graves和Stewart52用開花前2天到開花當天的胚珠進行培養(yǎng), 發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中先加入IAA和GA3的均可產(chǎn)生纖維并伸長; 而不加入的便不伸長; 先不加以后再加入時, 多數(shù)胚珠也不產(chǎn)生纖維。因而, 他們認為激素只是一種必要的外部刺激, 纖維分化過程是由內(nèi)部生物鐘調(diào)節(jié)的。王雨華和王隆華等53

31、發(fā)現(xiàn), 赤霉素是誘導和促進纖維細胞伸長的必要因素, 無論是單獨使用還是與其他激素配合使用, 都能有較好的誘導效果, 每一種赤霉素對纖維細胞的伸長均存在一個最適濃度, 低于此最適濃度時, 纖維長度隨濃度提高而增長; 而高于此最適濃度時, 纖維細胞的伸長效果不明顯。另有實驗表明, GA3含量在開花后10天迅速降低, 因此, 推測GA3只在開花前10天對棉纖維伸長起作用5。3.3赤霉素信號轉(zhuǎn)導在棉纖維發(fā)育中的研究展望近年來有關(guān)赤霉素信號轉(zhuǎn)導途徑的研究大都集中擬南芥、小麥、大麥、玉米、水稻等植物中, 而在棉花中的研究很少報道。棉花生長周期長; 各組織的mRNA較難提取; 轉(zhuǎn)基因驗證較困難等, 這些都嚴

32、重影響了人們從分子水平研究棉花中的赤霉素信號轉(zhuǎn)導。但基于赤霉素信號轉(zhuǎn)導模式在植物中的高度保守這一特性, 加之提取mRNA技術(shù)的日臻完善以及各種GA 突變體在其他模式植物中的相繼獲得, 使得棉花GA 信號轉(zhuǎn)導途徑的研究成為可能。模式植物擬南界基因組和功能基因組首次為人們使用分子遺傳學的方法分離編碼GA信號傳遞過程中組成元件的基因提供了良機。不僅為人們對于GA信號傳遞的級聯(lián)放大方面提供了重要的線索, 也為引導在其他植物中分離同源基因進行功能研究提供了重要的基礎(chǔ)和思路。事實上, 到目前為止, 已經(jīng)證實的GA信號傳遞組分中大多是高度保守的, 并且, 在GA信號傳遞過程中有相似的作用3。令人振奮的是,

33、一旦新的GA信號傳遞組成元件被發(fā)現(xiàn)。使用谷類的糊粉系統(tǒng)進行迅速、短暫的實驗將為確定信號傳遞組分的功能提供強有力的幫助。借助于赤霉素在擬南芥等植物中的信號轉(zhuǎn)導模式, 利用已分離得到的GA 信號轉(zhuǎn)導途徑中的中間組分的各類突變體, 采用同源克隆、T-DNA 插入或圖位克隆等方法在棉花中克隆這些基因, 并將這些基因轉(zhuǎn)入擬南芥或其他模式植物的GA突變體中驗證其功能, 并通過這些突變體的雜交分析, 進一步確定各組成元件之間的上下游關(guān)系, 最后通過系統(tǒng)的基因間互作分析等研究來確定這些組分在GA信號轉(zhuǎn)導中的功能, 最終將會揭示GA 在棉纖維分化和發(fā)育中的分子生物學機理, 為棉花生產(chǎn)的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)目標的實現(xiàn)做出重大

34、貢獻。參考文獻(References:1 SUN Jie, LI Yuan-Li, WANG Ruo-Hai, XIA Gui-Xian.Identification of genes that are specifically /preferentially expressed in developing cotton fibers by mrna fluores-cence differential display (FDD. Chinese Journal of Bio-technology, 2004, 20(1: 3942.孫杰, 李園莉, 汪若海, 夏桂先.利用mRNA熒光差異顯示

35、技術(shù)規(guī)?；Y選棉纖維特異表達基因.生物工程學報, 2004, 20(1: 3942.2 ZHOU Ming-Bing, TANG Ding-Qin. Research progress of第3期 王榮等 : 赤霉素信號轉(zhuǎn)導與棉纖維的分子發(fā)育 281 gibberellin biosynthesis and its key enzymes in higher plants. Journal of Zhejiang Forestry College, 2004, 21(3: 344 348. 周明兵 , 湯定欽 . 高等植物赤霉素生物合成及其關(guān)鍵酶 的研究進展 .浙江林學院學報 , 2004,

36、21(3: 344 348. 3 Thomas SG, Sun TP. Update on gibberellin signaling. A tale of the tall and the short. Plant Physiology, 2004, 135: 668 676. 4 Basra A S, Malik C P. Development of the cotton fibre. Int Rev Cytol, 1984, 89: 65 113. 5 YU Xiao-Hong, ZHU Yong- Qing, LU Shan, ZHANG Tian- Zhen, CHENG Xiao

37、 -Ya, XU Zhi Hong. Comparative research on G.hirsutum cv Xu-142 fuzzless-lintless(fl mutation. Science China (Series C , 2000, 30(5: 517 522. 于曉紅 , 朱勇清 , 盧山 , 張?zhí)煺?, 陳曉亞 , 許智宏 . 陸地 棉徐 -142 種子無毛突變體的比較研究 . 中國科學 (C 輯 , 2000, 30(5: 517 522. 6 YUAN Jing, WANG Qiao-Mei, ZHANG Hai-Feng. Interactions between

38、 phytohormone signals, Journal of Cell Biology, 2005, 27: 325 328. 袁晶 , 汪俏梅 , 張海峰 . 植物激素信號之間的相互作用 . 細胞生物學雜志 , 2005, 27: 325 328. 7 Momtaz OA. Effects of plant growth regulators on in vitro fiber development from unfertilized and fertilized Egyptian cotton ovules. J Plant Growth Regul, 1998, 25: 159

39、164. 8 Olszewski N, Sun TP, Gubler F. Gibberellin signaling: biosynthesis, catabolism, and response pathways. The Plant Cell, 2002, (Suppl.: 61 80. 9 Gubler F, Chandler P, White R, Llewellyn D, Jacobsen J. GA signaling in barley aleurone cells: Control of SLN1 and GAMYB expression. Plant Physiology,

40、 2002, 129: 191 200. 10 Ogawa M, Hanada A, Yamauchi Y, Kuwahara A, Kamiya Y, Yamaguchi S. Gibberellin biosynthesis and response during Arabidopsis seed germination. The Plant Cell, 2003, 15: 1591 1604. 11 Sun TP, Gubler F. Molecular mechanism of gibberellin signaling in plants. Annu Rev Plant Biol,

41、2004, 55, 197 223. 12 LI Xiao-Bo, XU Ji-Chen, ZHU Li-Huang. Gibberellin signal transduction and plant dwarfism. China Biotechnology, 2004, 24(12: 26 31. 李曉波 , 徐吉臣 , 朱立煌 . 赤霉素信號轉(zhuǎn)導與植物的矮 化 . 中國生物工程雜志 , 2004, 24(12: 26 31. 13 HUANG Zhi-Gang, LI Ling, CHEN Zhao-Ping, WEN Fang-De. SPINDLY and gibberellin

42、signaling.Chinese Bulletin of Botany, 2005, 22(1: 100 106. 黃志剛 , 李玲 , 陳兆平 , 文方德 . SPINDLY 與赤霉素的 信號轉(zhuǎn)導 . 植物學通報 , 2005, 22(1: 100 106. 14 Lovegrove A, Hooley R. Gibberellin and abscisic acid signalling in aleurone. Trends Plant Sci, 2000, 5(3: 102 110. 15 Ritchie S, Gilroy S. Gibberellins: regulating g

43、enes and germination. New Phytol, 1998, 140: 363 383. 16 Hooley R. Gibberellins: perception, transduction and responses. Plant Molecular Biology, 1994, 26(5: 1529 1555. 17 Hartweck LM, Olszewski NE. Rice GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1 is a gibberellin receptor that illuminates and raises questions a

44、bout GA signaling. The Plant Cell, 2006, 18: 278 282. 18 YUAN Gao -Feng, WANG Qiao- Mei. Update on Gibberellin Signaling. Journal of Cell Biology, 2003, 25(2: 90 94. 袁高峰 , 汪俏梅 . 赤霉素信號轉(zhuǎn)導研究進展 . 細胞生物 學雜志 , 2003, 25(290 94. 19 Ueguchi-Tanaka M, Ashikari M, Nakajima M, Itoh H, Katoh E, Kobayashi M, Chow

45、TY, Hsing YI, Kitano H, Yamaguchi I, Matsuoka M. GIBBERELLIN INSENSITIVE DWARF1 encodes a soluble receptor for gibberellin. Nature, 2005, 437: 693 698. 20 Futsuhara Y, Matsuoka M, Yamaguchi J. Slender rice, a constitutive gibberellin response mutant is caused by a null mutation of the SLR1 gene, an

46、orthologue of the height-regulating gene GAI/RGA/RHT/D8. The Plant Cell, 2001, 13: 999 1010. 21 Ullah H, Chen JG, Young JC, Im KH, Sussman MR, Jones AM. Modulation of cell proliferation by heterotrimeric G protein in Arabidopsis. Science, 2001, 292: 2066 2069. 22 Wang XQ, Ullah AM, Jones SM, Assmann

47、 G. Protein regulation of ion channels and abscisic acid signaling in Arabidopsis guard cells. Science, 2001, 292: 2070 2072. 23 Amador V, Monte E, Garcia-Martinez JL, Prat S. Gibberellins signal nuclear import of PHOR1, a photoperiod-responsive protein with homology to Drosophila armadillo. Cell, 2

48、001, 106: 343 354. 24 Gocal GFW, Sheldon CC, Gubler F, Moritz T, Bagnall DJ, MacMillan CP, Li SF, Parish RW. GAMYB-like genes, flowering, and gibberellin signaling in Arabidopsis. Plant Physiol, 2001, 127: 1682 1693. 25 Dill A, Thomas SG, Hu J, Steber CM, Sun TP. The Arabidopsis F-box protein SLEEPY

49、1 targets gibberellin signaling repressors for gibberellin-induced degradation. The Plant Cell, 2004, 16: 1392 1405. 26 Strader LC, Ritchie S, Soule JD, McGinnis KM, Steber CM. Recessive -interfering mutations in the gibberellin signaling gene SLEEPY1 are rescued by overexpression of its homologue,

50、SNEEZY. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 282 HEREDITAS (Beijing 2007 第 29 卷 101, 12771 12776. 27 Fleck B, Harberd NP. Evidence that the Arabidopsis nuclear gibberellin signalling protein GAI is not destabilized by gibberellin. Plant J, 2002, 32: 935 947. 28 Dill A, Sun TP. Synergistic de-repression of

51、gibberellin signaling by removing RGA and GAI function in Arabidopsis thaliana. Genetics, 2001, 159: 777 785. 29 Dill A, Jung HS, Sun TP. The DELLA motif is essential for gibberellin - induced degradation of RGA. Proc Natl Acad Sci USA, 2001, 98: 14162 14167. 30 Jones HD, Smith SJ, Desikan R, Plakid

52、ou-Dymock S, Lovegrove A, Hooley R. Heterotrimeric G proteins are implicated in gibberellin induction of a-amylase gene expression in wild oat aleurone, The Plant cell, 1998, 10: 245 253. 31 Silverstone AL, Jung H-s, Dill A, Kawaide H, Kamiya Y, Sun TP. Repressing a repressor: gibberellin-induced ra

53、pid reduction of the RGA protein in Arabidopsis. Plant Cell, 2001, 13: 1555 1565. 32 Itoh H, Shimada A, Ueguchi-Tanaka M, Kamiya N, Hasegawa Y, Ashikari M, Matsuoka, M. Overexpression of a GRAS protein lacking the DELLA domain confers altered gibberellin responses in rice. Plant J, 2005, 44: 669 679

54、. 33 Silverstone AL, Ciampaglio CN, Sun TP. The Arabidopsis RGA gene encodes a transcriptional regulator repressing the gibberellin signal transduction pathway. The Plant Cell, 1998, 10: 155 169. 34 Swain SM, Tseng TS, Thornton TM, Gopalraj M, Olszewski NE. SPINDLY is a nuclear-localized repressor o

55、f gibberellin signal transduction expressed throughout the plant. Plant Physiol, 2002, 129: 605 615. 35 Jacobsen SE, KALLI A, Binkowski, Olszewski NE. SPINDLY, a tetratricopeptide repeat protein involved in gibberellin signal transduction in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA, 1996, 93: 9292 9296.

56、36 Robertson M, Swain SM, Chandler PM, Olszewski NE. Identification of a negative regulator of gibberellin action, HvSPY, in barley. The Plant Cell, 1998, 10: 995 1007. 37 Robertson M. Two transcription factors are negative regulators of gibberellin response in the HvSPY-Signaling pathway in barley

57、aleurone. Plant Physiol, 2004, 136: 2747 2761. 38 Greenboim-Wainberg Y, Maymon I, Borochov R, Alvarez J, Olszewski N, Ori N, Eshed Y, Weiss D. Cross talk between gibberellin and cytokinin: The Arabidopsis GA response inhibitor SPINDLY plays a positive role in cytokinin signaling. The Plant Cell, 200

58、5, 17: 92 102. 39 Swain SM, Tseng TS, Olszewski NE. Altered expression of SPINDLY affects gibberellin response and plant development. Plant Physiol, 2001, 126: 1174 1185. 40 Fridborg I, Kuusk S, Robertson M, Sundberg E. The Arabidopsis protein SHI represses gibberellin responses in Arabidopsis and Barley. Plant Physiol, 2001, 127: 937 948. 41 Neil O, Sun TP, Frank G. Gibberellin signaling: biosynthesis, catabolism, and response pathway