作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2021/4/6 10:45:49
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棉花含糖量与纤维品质负相关分子机制获揭示

 

棉纤维是来自胚珠表皮的单细胞。纤维细胞的起始和伸长决定了棉纤维的产量和品质。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。蔗糖是纤维素合成和能量产生的最重要的底物,同时提供膨压以促进纤维伸长。然而,在育种实践中发现,纤维含糖量高的棉花栽培品种往往纤维较短、品质较差,其原因尚不清楚。

近日,西南大学生物技术中心棉花课题组在《植物生物技术杂志》在线发表研究论文,为为何含糖量高的棉花品种往往纤维品质较差这一疑问提供了合理解释,并为棉花纤维产量和品质的同步改良提出了新策略。

蔗糖转运蛋白SUTs和SWEETs负责植物中蔗糖的转运和分配。该研究利用转运效率显著高于植物的玉米黑粉菌蔗糖转运蛋白UmSrt1,促进蔗糖向纤维细胞中的运输。结果发现,表达UmSrt1提高了转基因棉花胚珠和纤维中的糖含量;而糖含量的提高,促进了活性氧(ROS)的产生。ROS的增加具有双重功能:一方面促进纤维起始和早期纤维伸长,增加了纤维数目;另一方面也使纤维细胞次生壁合成提前,限制了纤维细胞在快速伸长后期的延伸,最终导致纤维变短增粗。

研究还发现,棉花次生壁合成期优势表达的糖转运蛋白GhSWEET15,负责将蔗糖从纤维细胞运输出。过量表达该基因降低了次生壁合成时期的纤维细胞的糖含量,推迟了纤维次生壁的合成,纤维变得更细、更长。

据此,该研究提出同步增加棉花纤维产量的新策略:在纤维起始期适度增加糖含量,促进纤维细胞起始和早期伸长,从而增加棉花纤维产量;而在快速伸长与次生壁增厚的重叠期,适度降低糖水平,延迟次生壁的合成,增加纤维的长度和细度,提高棉花纤维品质。

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/pbi.13594

 
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