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1、植物学通报 2003,20(1):1～9ChineseBulletinofBotany综述与专论①棉纤维发育的分子生理机制杨佑明 徐楚年(中国农业大学农学与生物技术学院 北京 100094)摘要 本文综述了棉纤维分化、发育的分子生理机制的研究现状,着重讨论了棉纤维细胞膨压的产生、细胞壁的松弛、结构分子的合成和加入、次生壁增厚的启始信号、纤维素的生物合成和细胞骨架系统控制纤维素沉积等机制。进而对本领域的研究前景提出了看法。关键词 棉花,纤维发育,基因克隆,基因表达MolecularandPhysiologicalMechanismintheDevelopmentofC
2、ottonFiberYANGYou-MingXUChu-Nian(CollegeofAgronomyandBiotechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100094)AbstractInthisreview,thepresentstatusofthemolecularandphysiologicalmechanismofthedifferentiationanddevelopmentofcottonfiberisdiscussed,inwhichthemolecularandphysiologicalmechani
3、smoftheproducingofthecellturgor,looseningofthecellwall,synthesisofthecomposi2tionmoleculesandtheirincorporationintocellwall,signalofthestartingofsecondarywallthicken2ing,cellulosebiosynthesis,andlayoutofcellulosemicrofibrilregulatedbycytoskeletonareintro2ducedindetail.Someviewsonitspro
4、spectsarefurthersuggested.KeywordsCotton,Fiberdevelopment,Genecloning,Geneexpression棉(Gossypiumspp.)纤维是由胚珠表皮细胞经分化、发育而形成的单细胞纤维,其发育过程可分为起始(initiation)、伸长(elongation)、次生壁增厚(secondarywallthickening)和脱水成熟(maturation)4个时期,每个时期各具特点,但相邻时期之间没有截然区分的界线,且有所重叠。棉纤维分化、发育过程表现出的特点使之成为研究植物细胞分化、伸长、细胞骨架、细
5、胞壁形成及纤维素生物合成的模式材料。John和Stewart(1992)提出了利用分子工程改良棉纤维品质的设想。同年,John和Crow发表了从棉纤维克隆基因的首例报告,这标志着棉纤维发育的研究已深入到分子水平。现将这方面研究的进展概述如下。1 棉纤维的分化对棉纤维分化的形态、超微结构及其生理变化有较深入的了解,但对控制棉纤维分化①①国家自然科学基金资助项目(39800097)。作者简介:杨佑明,生于1964年,男,博士,副教授。主要从事棉纤维发育及决定纤维品质的分子生理基础研究,发表论文10余篇。徐楚年,生于1933年,男,教授。主要研究棉纤维发育和植物生长调节剂
6、对棉花效应的机理,发表论文40余篇。收稿日期:2002204230 接受日期:2002209211 责任编辑:孙冬花©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2植物学通报20卷的分子生理机制知之甚少。Loguercio等(1999)从棉纤维克隆到Myb(转录因子之一)基因家族的6个成员(A,D,G,J,N,O),并根据其表达特征提出,Myb基因对棉纤维分化起了主要作用。一些研究者比较了种子无纤维的突变体与其野生型在分化过程中基因表达的差异,结果发现,有5种蛋白质只存在于野生型胚珠
7、中(TurleyandFerguson,1996);野生型胚珠中蔗糖合酶基因的表达产物含量较高,而在突变体胚珠中未检测到其表达产物(RuanandChourey,1998);野生型胚珠中E6、膨胀素(expansin)和MybA基因的转录水平高,而在突变体胚珠中表达量极低或异常(于晓红等,2000);不同的纤维突变体中E6基因的密码子变异率亦不同(王学德等,2000)。由此看来,对种子无纤维的突变体与其野生型的比较研究有助于揭示控制棉纤维分化的分子生理机制,但现有结果仍不足以解释此机制。2 棉纤维的伸长起始是棉纤维开始伸长的标志。棉纤维细胞纵向伸长(约伸长100
