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棉花是世界上重要的经济作物,也是我国十大油料作物之一。中国虽是产棉大国,但棉籽加工仍然存在加工规模小和技术落后的问题。棉籽油作为一种清洁的可再生能源,是良好的生物柴油原料。因此,在不影响棉花产质量的前提下,提高棉籽油的含量,改善棉籽油脂肪酸组分成为棉花育种新的切入点。此外,棉纤维品质单一和低下已成为棉花产业发展的瓶颈,提升棉纤维质量迫在眉睫。AKR2A(ankyrin repeat-contain protein 2A)是一个高效伴侣蛋白,研究发现,AKR2A与KCS1存在互作关系,能够调控超长链脂肪酸(Very-long-chain fatty acids,VLCFAs)合成,从而提高棉籽油含油量和脂肪酸组成,而VLCFA是调控棉纤维发育的一条重要途径,并能提高棉纤维长度。本文利用基因工程技术将拟南芥AKR2A基因转入棉花中,最终获得高表达棉花转基因株系AKR2A-2,AKR2A-57;分析转基因棉花植株的农艺学性状,并对转基因棉花种子进行含油量、脂肪酸组分分析以及脂肪酸合成相关基因表达量分析;利用酵母双杂交和模式植物拟南芥筛选AKR2A互作蛋白KCS1;同时分析AKR2A、KCS1单基因过表达植株和双基因过表达植株含油量、脂肪酸组分变化和脂肪酸合成相关基因表达量变化。主要结果如下。1.利用根癌农杆菌转化法侵染棉花下胚轴,将拟南芥AKR2A基因转入棉花,离体培养获得再生植株。通过PCR鉴定、实时荧光定量PCR鉴定和Western blot鉴定,最终获得高表达棉花转基因纯系AKR2A-2和AKR2A-57。2.利用索氏提取法分析转基因棉花植株AKR2A-2和AKR2A-57种子不同发育时期含油量,发现20-30 d棉花开花发育时期是种子油含量的快速增长期,以野生型棉花为对照,从25 d开始,转基因棉花种子含油量显著高于野生型植株,30 d时,转基因植株含油量比野生型提高33%,转基因棉花植株AKR2A-2和AKR2A-57成熟种子含油量分别比野生型提高8.40%和11.19%。通过比较成熟种子油脂色泽发现,转基因棉花植株成熟种子油脂色泽较野生型深。3.利用气相色谱分析棉花种子不同发育时期脂肪酸组分的变化,发现转基因植株VLCFA含量在各时期均高于野生型,15 d时,转基因植株比对照提高近一倍,超长链与长链脂肪酸比例也有相同趋势。4.利用实时荧光定量PCR分析脂肪酸合成相关基因表达量在棉花种子不同发育时期的差异发现,与野生型相比,转基因棉花植株种子脂肪酸合成相关基因表达量在各个阶段都有不同程度的提高,15-20 d时各基因表达量达到最高。ECR1基因在15-20 d种子中表达趋势上升明显,最高时达到对照Coker的1.3倍左右,FAD2-1基因在种子的发育过程中基因表达量显著提高,且在AKR2A转基因植株中一直保持高表达状态。5.分析转基因棉花的农艺学性状发现,转基因棉花植株的棉纤维和棉籽产量显著高于野生型。与野生型相比,转基因棉花发育各个时期,棉纤维长度都有不同程度的提高,棉纤维发育15d时,AKR2A转基因棉花的棉纤维长度比对照Coker提高最多,达5 mm左右。6.通过酵母双杂交筛选到AKR2A互作的拟南芥蛋白KCS1,通过免疫共沉淀验证了 AKR2A与KCS1在拟南芥体内的真实互作关系。7.利用实时荧光定量PCR分析AKR2A基因过表达拟南芥植株中部分KCS家族基因的表达量发现,与野生型植株Col-0相比,AKR2A单基因过表达植株的KCS家族基因表达量上调;分析AKR2A、KCS1单基因过表达拟南芥植株和双基因过表达拟南芥植株种子含油量发现,三种转基因拟南芥植株种子含油量均不同程度高于野生型;分析AKR2A、KCS1双基因过表达拟南芥植株脂肪酸组分变化发现,双基因过量表达植株种子的VLCFA含量比野生型提高24.7%,占总脂肪酸比例提高25.97%。