棉花(Gossypium L.)是全球重要的经济作物,是天然纺织工业的主要原料。随着纺织技术的发展以及人们生活水平的提高,纺织工业对棉纤维品质的要求愈来愈高,尤其是需要纤维比强度更高的棉纤维。棉纤维品质改良现已成为棉花生物学研究领域的一个重要热点问题。棉纤维发育过程可分为四个阶段:起始分化期、伸长期、次生壁加厚期和脱水成熟期,其中次生壁加厚期与棉纤维的比强度形成关系密切。成熟棉纤维主要结构是细胞壁,在植物中细胞骨架引导细胞壁的合成。BTB蛋白家族是类Kuppel锌指蛋白家族之一,能够通过引导细胞骨架的形成和发展而影响细胞壁的合成,进而影响整个棉纤维品质的形成。本研究在对陆地棉基因组中BTB蛋白家族进行鉴定和系统分析的基础上,以陆地棉纤维高断裂比强度品系69307和低断裂比强度品系69362为试验材料,克隆了GhBTB1基因,并对该基因的功能进行了初步验证,初步揭示GhBTB1基因在陆地棉纤维发育过程中的功能。其研究结果如下:1陆地棉BTB蛋白进化关系的系统分析。本研究通过生物信息学比对从陆地棉(G.hirsutum L.)蛋白库中鉴定出了10个BTBs基因,按聚类分析分为3个亚家族;并系统分析了家族成员的基因结构、蛋白保守结构域、基本理化性质和二级结构,结果表明BTB蛋白家族在进化上具有高度保守性,为进一步研究棉花BTB蛋白的功能奠定基础。2 GhBTB1的克隆。利用同源克隆方法克隆了GhBTB1的全长cDNA,对其基本理化性质发现该蛋白的相对分子质量为49.488kD,理论等点电为5.73,属于疏水蛋白,结构比较稳定;二级结构分析发现该蛋白主要由α-螺旋、延伸链和无规则卷曲等组成;信号肽预测分析发现该蛋白没有信号肽,也没有跨膜结构,推测该蛋白可能属于非分泌蛋白。基因进化树分析发现,该蛋白与可可蛋白属于同一分支,与雷蒙德氏棉亲缘关系比较近,并且该蛋白与拟南芥、水稻的相似性为77.42%,说明GhBTB1蛋白结构具有高度保守性。3 GhBTB1表达模式分析。实时荧光定量RT-PCR分析显示,在材料69307中20DPA表达量达到峰值,在材料69362中30DPA表达量达到峰值,结果表明GhBTB1在棉纤维细胞发育过程的次生壁加厚期具有优势表达特性。4 GhBTB1功能初探。将该基因与PBI121载体连接,置于35S强启动子下游构建了真核过表达载体,成功转化野生型拟南芥;通过抗生素卡那霉素抗性筛选和PCR扩增,获得了转基因型拟南芥;并观察了T2代转基因拟南芥植株的表型变化。结果表明转基因拟南芥植株比野生型植株花器官发育迟缓,表现为晚花型,为后续深入研究奠定了基础。