GhMYB7促进棉纤维中次生壁纤维素的积累

文章信息

题目：GhMYB7 promotes secondary wall cellulose deposition in cotton fibres by regulating GhCesA gene expression through three distinct cis-elements

刊名：New Phytologist

作者：Junfeng Huang，Wenliang Xu et al.

单位：Central China Normal University

日期：10 July 2021‍

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摘要

棉纤维是天然纺织品最重要的来源。成熟棉纤维的次生细胞壁 (SCW) 在任何植物中都含有最高比例的纤维素含量 (> 90%)。需要严格控制 SCW 纤维素合成的开始和进展以平衡纤维伸长和细胞壁沉积。然而，在棉花纤维生长过程中控制纤维素合成的调控机制仍然难以捉摸。

在这里，我们进行了遗传和功能分析，证明 R2R3-MYB GhMYB7 控制棉纤维纤维素的合成。

棉花中GhMYB7的过度表达加速了纤维细胞中 SCW 纤维素的生物合成，并导致纤维更短、壁更厚。相比之下，GhMYB7的 RNA 干扰 (RNAi) 沉默延迟了纤维 SCW 纤维素的合成，并导致细长的纤维壁更薄。此外，我们证明 GhMYB7 通过直接结合各自 GhCesA4、GhCesA7 和 GhCesA8 启动子中的三个不同的顺式元件来调节棉纤维 SCW 纤维素合酶。我们发现这种纤维素合成的调控机制也被其他 GhMYBs “劫持”。

总之，我们的研究结果揭示了棉纤维用来调节 SCW 纤维素合成的一种迄今为止未知的机制。我们的研究结果还为棉纤维 SCW 厚度的遗传改良提供了策略。

02

技术路线

Gossypium hirsutum cv. Coker 312

Vector construction and transformation

RNA extraction and RT-PCR

Crystalline cellulose analysis

RNA-Seq analysis

Microscopic analysis

03

主要结果

3.1 棉花中GhMYB7的过度表达导致纤维变短变厚，而GhMYB7的RNA干扰（RNAi）导致纤维变长变薄

为了研究GhMYB7在棉花纤维发育过程中的功能，我们构建了过表达（OE）和RNA干扰（RNAi）载体，并将其转化棉花。我们获得了8个OE和15个RNAi沉默的转基因株系。其中，我们选择了两个表现出GhMYB7表达显著升高的独立OE系（OE12和OE14），以及两个表现为GhMYP7表达显著降低的独立RNAi沉默系（Ri9和Ri28），用于进一步的纤维表型分析（图1a，S1）。在棉花生长发育过程中，不同基因型的植株高度和大小没有明显变化（图S2a）。接下来，我们在相同的环境下，在相似的果枝上收获棉铃，并测量成熟纤维的长度。如图1b和1c所示，OE植物的成熟纤维明显短于野生型，而RNAi沉默系的纤维稍长。湖北省农业科学院测定的纤维质量证实了这些结果（表S1）。

成熟纤维横切面的进一步透射电镜观察表明，与野生型相比，GhMYB7的过度表达增加了棉花纤维细胞壁的厚度，而RNA干扰降低了细胞壁厚度（图1d，f）。扫描电子显微镜显示，成熟GhMYB7 OE纤维表面的原纤维排列与野生型纤维明显不同（图1e）。OE纤维的表面看起来更光滑，而野生型纤维细胞的表面可以清楚地看到凹槽。RNAi系的微纤丝排列角度比野生型的更陡。这些结果表明，转基因纤维具有不同结构特征的细胞壁。尽管细胞壁厚度大幅度降低，但成熟转基因纤维中的纤维素含量并没有发生显著变化，这是通过结晶纤维素分析或比较两种纤维素特异性染料的荧光强度来测量的：桥胺坚牢大红4B（S4B）和钙氟白色（图1g-i）。一致地，成熟纤维中乙醇不溶残留物（AIR）的单糖组成分析表明，转基因株系和野生型之间的总葡萄糖（Glc）没有明显变化（表S2）。此外，我们发现转基因系和野生型之间的绒毛纤维长度和种子大小没有明显差异（图S2b，c）。

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Fig. 1

3.2 GhMYB7过度表达导致纤维中次生壁纤维素的早熟沉积，而GhMYB7 RNAi沉默延迟纤维纤维素的合成

由于成熟转基因棉纤