馬富磊　李德謀　李　志　楊衛(wèi)娟　周　雪　游　宇　羅小英

西南大學(xué)生物技術(shù)中心 / 農(nóng)業(yè)部生物技術(shù)與作物品質(zhì)改良重點開放實驗室 / 重慶市農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室, 重慶400716

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棉花GhHMGR基因在胚珠生長發(fā)育過程中的功能

馬富磊李德謀李志楊衛(wèi)娟周雪游宇羅小英*

西南大學(xué)生物技術(shù)中心 / 農(nóng)業(yè)部生物技術(shù)與作物品質(zhì)改良重點開放實驗室 / 重慶市農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室, 重慶400716

摘要:采用植物基因工程技術(shù), 選用CaMV35S組成型啟動子驅(qū)動棉花3-羥基-3-甲基-戊二酰輔酶A還原酶基因GhHMGR在棉花中表達(dá), 檢測10 DPA (days post anthesis)棉花胚珠內(nèi)HMGR (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase)酶及可溶性糖、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)含量, 同時進(jìn)行了胚珠離體培養(yǎng)。結(jié)果顯示, GhHMGR在棉花光照部位(葉柄和鈴殼)表達(dá)量相對較高, 非光照部位(根及胚珠)表達(dá)量低; 超量表達(dá)GhHMGR可部分恢復(fù)擬南芥hmgr突變體性狀;相較野生型, 超量表達(dá)株系10 DPA胚珠的HMGR含量升高, 反義株系則降低; 且超量表達(dá)株系總脂質(zhì)及蛋白含量升高, 可溶性總糖含量降低, 反義株系則出現(xiàn)相反結(jié)果; HMGR競爭性抑制劑洛伐他汀處理會導(dǎo)致胚珠發(fā)育畸形。以上結(jié)果表明, GhHMGR基因在棉花胚珠生長發(fā)育過程中扮演重要角色。

關(guān)鍵詞:棉花; GhHMGR; 胚珠; HMGR

本研究由國家自然科學(xué)基金項目(31171596)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費項目(XDJK2014C067, XDJK2014D041)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31171596) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (XDJK2014C067, XDJK2014D041).

第一作者聯(lián)系方式: E-mail: stickler911@163.com

棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物, 其纖維是世界上最重要的天然纖維之一, 我國已成為世界上最大的棉花消費國和凈進(jìn)口國[1]。棉鈴是整個棉花植株的主要器官, 由鈴殼、種子和纖維組成。棉花纖維即種子表皮毛, 其所含纖維素占成熟棉纖維干重的95％以上[2]。棉鈴體積的增大在根本上由種子表皮細(xì)胞面積的增加來決定。

3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGR)是甲羥戊酸(MVA)途徑中的第一個限速酶[3]。MVA途徑被認(rèn)為是所有三大生命領(lǐng)域(細(xì)菌、原生生物、真

核生物)的最原始次級代謝產(chǎn)物合成途徑[4], 該途徑主要發(fā)生在胞質(zhì)中。HMGR是一種疏水性膜蛋白,實驗證明其主要定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上, 含4個亞基, 即N-末端、跨膜區(qū)、連接區(qū)和C-末端區(qū)[5]。具有催化活性的C-末端區(qū)和跨膜區(qū)在各植物種中高度保守。HMGR作為甲羥戊酸代謝類異戊二烯化合物途徑的重要調(diào)控點, 對“碳流”的分配調(diào)控起重要的作用[6],而類異戊二烯化合物通過調(diào)控早期細(xì)胞分裂和后期細(xì)胞伸長來決定果實最終大小。在快速生長的植物組織中, HMGR活性總是很高, 而成熟組織中的活性則相對較低[7]。據(jù)報道, 在番茄內(nèi)組成型表達(dá)甜瓜HMGR基因可以顯著增大番茄果實[8]。我們推測HMGR可能在棉花胚珠的細(xì)胞分裂分化及細(xì)胞伸長生長中發(fā)揮重要作用。本文研究棉花胚珠發(fā)育過程中HMGR的功能, 為通過基因工程手段提高棉花產(chǎn)量及品質(zhì)等方面提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料

植物表達(dá)載體pLGN及根癌農(nóng)桿菌菌株LBA4404由本實驗室保存, 胭脂堿型菌株GV3101由美國康奈爾大學(xué)Leon Kochian實驗室惠贈。轉(zhuǎn)GhHMGR基因棉花及擬南芥所用的表達(dá)載體pBI121-PGhHMGR::GUS均由作者構(gòu)建。

棉花的遺傳轉(zhuǎn)化受體材料冀棉14 (Gossypium hirstutum L.)受贈于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬峙英教授; 擬南芥遺傳轉(zhuǎn)化受體材料背景為Columbia型, 購于Arabidopsis Biological Resource Center (ABRC)。

1.2棉花及擬南芥遺傳轉(zhuǎn)化方法

參照Luo等[9]的方法進(jìn)行棉花的遺傳轉(zhuǎn)化; 采用浸花法[10]進(jìn)行擬南芥遺傳轉(zhuǎn)化。

1.3GhHMGR基因的表達(dá)分析

采用EASY Spin植物RNA快速提取試劑盒提取棉花材料總mRNA, 反轉(zhuǎn)錄獲得cDNA。以GhHIS為內(nèi)標(biāo)基因, 以獲得的cDNA為模板進(jìn)行實時定量PCR, 程序為95℃ 3 min; 95℃ 30 s, 56℃ 30 s, 72℃30 s, 40個循環(huán); 72℃ 5 min。引物序列為GhHIS-F: 5'-GAAGCCTCATCGATACCGTC-3', GhHIS-R: 5'-C TACCACTACCATCATGGC-3; GhHMGR-F: 5'-CCTT GGAAACATCCTTGCTAGACC-3', GhHMGR-R: 5'-CTTCCATTGAGGTTGGCACTGTTG-3'。

1.410DPA胚珠內(nèi)HMGR的提取及含量測定

參照Bradford[11]、Ge和Wu[12]的方法提取HMGR及測定含量。

1.5胚珠離體培養(yǎng)

參照Beasley和Ting的方法[13-14]離體培養(yǎng)棉花胚珠。

1.610DPA胚珠內(nèi)三類物質(zhì)提取及測定分析

參照《現(xiàn)代植物生理學(xué)實驗指南》[15]提取及測定可溶性糖。取適量新鮮植物材料(約1.5～3.0 g), 110℃殺青處理15 min, 37℃烘干; 用球磨機(jī)將烘干材料磨成細(xì)粉, 過篩(80目)后用濾紙包裹置密閉容器中進(jìn)行水分平衡3～4 d, 轉(zhuǎn)移樣品粉末至指形管, 置近紅外儀NIRFIex N-500測定總脂質(zhì)、總蛋白含量。

2　結(jié)果與分析

2.1GhHMGR基因的表達(dá)模式分析

2.1.1GhHMGR及其啟動子序列的克隆及同源性分析克隆了棉花GhHMGR基因, ORF長1758 bp,編碼585個氨基酸, 理論分子量為62.7 kD, pI 5.99。用(DNAMAN 6.0.3.99)軟件進(jìn)行序列比對, 發(fā)現(xiàn)GhHMGR蛋白與龍眼、荔枝、可可、椴樹、毛白楊和擬南芥的HMGR蛋白同源性較高(圖1), 與龍眼HMGR相似性100％, 一致性79％; 與荔枝HMGR相似性97％, 一致性77％; 與可可HMGR相似性100％,一致性89％; 與椴樹HMGR相似性為100％, 一致性86％; 與擬南芥HMGR相似性65％, 一致性75％。

系統(tǒng)進(jìn)化樹分析發(fā)現(xiàn), 棉花HMGR與龍眼、荔枝、可可、椴樹和毛白楊HMGR有較近的親緣關(guān)系,而與擬南芥HMGR親緣關(guān)系較遠(yuǎn)(圖2)。

根據(jù)已公布雷蒙德氏棉基因組序列, 擴(kuò)增獲得了該基因的啟動子序列PGhHMGR。在PlantCARE網(wǎng)站分析發(fā)現(xiàn)該啟動子不僅包含大量轉(zhuǎn)錄起始位點(TATA-box), 轉(zhuǎn)錄增強子(CAAT-box), 還含有大量光反應(yīng)、激素反應(yīng)、組織特異表達(dá)、脅迫反應(yīng)和轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點等相關(guān)順式作用元件(表1)。

2.1.2GhHMGR在棉花中的表達(dá)模式對野生型棉花中GhHMGR基因的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)其在棉花的根、胚珠等非光照部位中表達(dá)量相對較低, 而葉柄和鈴殼等光照部位表達(dá)量相對較高(圖3)。在胚珠不同發(fā)育時期, 其GhHMGR表達(dá)量隨開花天數(shù)的增加而增高, 在10 DPA時達(dá)到最高(圖4)。纖維中GhHMGR基因表達(dá)量總體隨著開花天數(shù)增加而增高(圖5)。對轉(zhuǎn)基因植株暗處理后檢測葉片中GhHMGR表達(dá)量發(fā)現(xiàn)(圖6), 隨處理時間的延長GhHMGR的表達(dá)量急劇下降, 推測光照是GhHMGR表達(dá)的必要條件。

2.1.3PGhHMGR::GUS轉(zhuǎn)基因擬南芥組織化學(xué)染色分

析以pBI121-PGhHMGR::GUS表達(dá)載體轉(zhuǎn)化擬南芥, T2代擬南芥純合子組織化學(xué)染色結(jié)果顯示(圖7)該啟動子主要在擬南芥蓮座葉中央、花序起始部位及角果基部表達(dá), 果柄上部也檢測到GUS基因表達(dá)信號。

圖1　棉花GhHMGR蛋白與其他物種HMGR蛋白的序列比對Fig. 1　Comparison of cotton GhHMGR and other species HMGR protein

表1　PGhHMGR存在的順式作用元件Table 1　cis-acting element of PGhHMGR

2.2棉花遺傳轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)基因棉花的獲得

將GhHMGR表達(dá)載體轉(zhuǎn)入棉花, 篩選獲得超量表達(dá)與反義抑制的轉(zhuǎn)基因T0代植株共138株。其中超量表達(dá)量上調(diào)較顯著的6個株系, 即35S-9-1、35S-25-2、35S-25-6、35S-26-1、35S-26-2、35S-8-2;反義抑制棉花植株中篩選出35S-5-1 (anti)、35S-9-1 (anti)、35S-12-1 (anti) 3個株系(圖8)。

圖2　GhHMGR蛋白與其他物種HMGR蛋白的系統(tǒng)進(jìn)化分析Fig. 2　Phylogenetic analysis of GhHMGR protein in different species

圖3　棉花不同器官組織GhHMGR的表達(dá)水平Fig. 3　Relative expression level of GhHMGR in different tissues and organs

圖4　不同時期胚珠GhHMGR的表達(dá)水平Fig. 4　Relative expression level of GhHMGR in developmental ovules

圖5　不同時期纖維GhHMGR的表達(dá)分析Fig. 5　Relative expression level of GhHMGR in developmental fibers

圖6　暗處理不同天數(shù)后葉片GhHMGR表達(dá)分析Fig. 6　Relative expression level of GhHMGR in leaf under dark

圖7　PGhHMGR::GUS在擬南芥T2代組織化學(xué)染色Fig. 7　Histochemical analysis of tissues in transgenic Arabidopsis expressing PGhHMGR::GUS

圖8　35S-GhHMGR轉(zhuǎn)基因株系表達(dá)量分析Fig. 8　Relative expression of 35S-GhHMGR in the ovule of control and transgenic cotton plants expressing GhHMGR gene

2.3hmgr擬南芥突變體的恢復(fù)

將篩選到的擬南芥hmgr純合突變體再次種植, 用GhHMGR農(nóng)桿菌菌液對其花序進(jìn)行浸染轉(zhuǎn)化, 相較于對照Col-0, hmgr純合突變體的植株恢復(fù)正常,株高已恢復(fù)與Col-0型基本一致, 但長勢孱弱, 且蓮座葉、花序幼小(圖9)。

圖9　擬南芥hmgr突變體的恢復(fù)Fig. 9　GhHMGR functionally complemented hmgr mutant

2.410 DPA胚珠內(nèi)HMGR含量測定

圖10表明, WT胚珠HMGR含量為2.44 mg g–1,超量表達(dá)T0代株系9-1#、25-2#、26-1#、26-2#胚珠HMGR含量分別為2.54、4.75、3.72、2.64 mg g–1; 反義抑制T0代株系9-1#胚珠HMGR含量為1.95 mg g–1。相較WT, 超量表達(dá)T0代株系HMGR含量分別增加了4.28％、94.81％、52.82％、8.34％, 反義抑制T0代株系9-1#HMGR含量降低19.93％?？芍狦hHMGR基因調(diào)控決定了胚珠HMGR的含量。

圖10　轉(zhuǎn)基因株系和野生型株系胚珠(10 DPA) HMGR蛋白含量分析Fig. 10　Analysis of the HMGR content of transgenic and WT cotton ovule (10 DPA)

2.5胚珠離體培養(yǎng)

取轉(zhuǎn)基因棉花開花當(dāng)天的胚珠離體培養(yǎng), 其培養(yǎng)基中分別加入10、20、50、100和200 μmol L–1的洛伐他汀, 32℃, 黑暗條件下培養(yǎng)10 d。結(jié)果顯示, 20 μmol L–1及其以上濃度洛伐他汀條件下胚珠發(fā)育畸形, 纖維無法正常起始, 且其GhHMGR基因表達(dá)量隨抑制劑濃度的增加呈上升趨勢(圖11), 推測原因是胚珠早期發(fā)育階段, 抑制劑與HMGR的作用底物競爭性結(jié)合, 故棉花胚珠通過表達(dá)產(chǎn)生更多的HMGR來消除抑制劑帶來的影響。

另外發(fā)現(xiàn)未添加抑制劑時, 超量表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株GhHMGR表達(dá)量是WT的8倍(圖12), 且長勢較WT好, 推測棉花胚珠通過超量表達(dá)GhHMGR基因來生成大量類異戊二烯物質(zhì), 滿足胚珠早期發(fā)育需求, 從而使轉(zhuǎn)基因棉花胚珠出現(xiàn)優(yōu)勢表型; 添加20 μmol L–1和50 μmol L–1抑制劑時, 超量表達(dá)GhHMGR基因的胚珠及纖維受到不同程度抑制而畸形(圖12), GhHMGR基因的表達(dá)水平與上述的結(jié)果一致。

2.610DPA胚珠內(nèi)三類物質(zhì)的含量分析

表2表明,相較WT, T0代超量表達(dá)株系26-1#、8-2#可溶性總糖濃度分別下降了57.33％、60.99％, T0代反義抑制株系5-1#可溶性總糖濃度增加了48.3％; T0代超量表達(dá)株系26-1#、8-2#總脂質(zhì)含量分別升高了19.94％、28.09％, 而T0代反義抑制株系則降低了4.52％; T0代超量表達(dá)株系26-1#、8-2#總蛋白含量分別升高24.23％、32.25％, T0代反義抑制株系則降低了6.31％。由此發(fā)現(xiàn), GhHMGR促使可溶性糖轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)及蛋白質(zhì)。

表2　轉(zhuǎn)基因株系和野生型(WT)株系胚珠(10 DPA)內(nèi)三類物質(zhì)含量Table 2　Contents of total sugar, oil, and protein of ovule (10 DPA) in transgenic and wild-type (WT) lines (mg g–1)

3　討論

3.1GhHMGR同源性比對及其表達(dá)特性分析

序列比對分析顯示, GhHMGR與龍眼、荔枝、可可、椴樹、毛白楊、擬南芥等物種的HMGR蛋白具有較高的同源性。Xia等[16]發(fā)現(xiàn)荔枝LcHMGR通過調(diào)控早期細(xì)胞分裂和后期細(xì)胞分化對果實最終大小起決定性的作用, 快速生長的植物組織中, HMGR活性總是很高, 而成熟組織中的活性則相對較低。我們推測GhHMGR也應(yīng)具有相似的功能。GhHMGR啟動子順式作用元件分析發(fā)現(xiàn)序列中存在大量的光反應(yīng)元件, 且在棉花中的表達(dá)分析也發(fā)現(xiàn)光照是GhHMGR基因發(fā)揮其功能的必要條件。

3.2超量表達(dá)GhHMGR可恢復(fù)hmgr的部分突變表型

研究發(fā)現(xiàn)擬南芥AtHMGR突變后會使擬南芥植株矮小, 出現(xiàn)早衰、雄性不育等性狀[17]。我們用GhHMGR超量表達(dá)轉(zhuǎn)化擬南芥hmgr突變體植株,研究發(fā)現(xiàn)超量表達(dá)GhHMGR可恢復(fù)擬南芥hmgr突變體株高, 但植株長勢依舊孱弱、葉片、花序幼小。說明棉花GhHMGR與AtHMGR生物學(xué)功能互補, 具

有決定株高以及育性的功能, 但無法完全恢復(fù)突變體的所有性狀。

圖11　胚珠離體培養(yǎng)及表達(dá)量分析Fig. 11　Ovule culture in vitro and relative expression level of GhHMGR

3.3GhHMGR基因嚴(yán)格調(diào)控胚珠內(nèi)HMGR的表達(dá)

3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGR)是MVA途徑中目前研究較多的一限速酶, 調(diào)控下游異戊二烯類化合物的生物合成及其分配流向。本文選取CaMV35S組成型啟動子驅(qū)動GhHMGR基因在棉花植株中表達(dá)分析發(fā)現(xiàn), 相較WT, 超量表達(dá)株系胚珠內(nèi)的HMGR含量升高, 反義抑制株系胚珠內(nèi)的HMGR含量降低。推測GhHMGR基因正調(diào)控HMGR的合成代謝, 但仍需進(jìn)一步的研究來證明。

3.4HMGR受抑制劑專一性影響

洛伐他汀可抑制甲羥戊酸途徑關(guān)鍵酶HMGR的活性[18], 胚珠離體培養(yǎng)結(jié)果發(fā)現(xiàn), 超量表達(dá)株系胚珠及纖維發(fā)育較WT好, 且其胚珠對抑制劑也更敏感, 胚珠在20 μmol L–1以上洛伐他汀處理時出現(xiàn)畸形, 纖維發(fā)育不良。由此可見HMGR在棉花胚珠及纖維發(fā)育過程中不可或缺。但洛伐他汀抑制劑如何通過抑制HMGR來促使轉(zhuǎn)基因胚珠的優(yōu)勢表達(dá)的作用機(jī)制仍不清楚, 仍需進(jìn)一步的研究。

圖12　胚珠離體培養(yǎng)(A)及表達(dá)量分析(B)Fig. 12　Ovule culture in virto (A) and relative expression level (B)

3.5GhHMGR可以促進(jìn)可溶糖轉(zhuǎn)化為蛋白及脂質(zhì)

胚珠(10 DPA)三類物質(zhì)的含量測定結(jié)果表明:相較WT, 超量表達(dá)株系可溶性總糖含量降低, 總脂質(zhì)和蛋白含量升高; 而抑制株系則相反。結(jié)合以上結(jié)果推測, GhHMGR可以促進(jìn)糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)或蛋白, 從而影響胚珠生長發(fā)育及種子的最終形成。與前人關(guān)于改變HMGR能夠限制葡萄糖或丙酮酸在MVA途徑中的代謝[19]這一研究結(jié)果相一致。但GhHMGR如何調(diào)控其下游代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率及物質(zhì)

相互間的分配轉(zhuǎn)變比例還不清楚, 需進(jìn)一步研究。

4　結(jié)論

光照是GhHMGR轉(zhuǎn)基因表達(dá)的必要條件。GhHMGR啟動子主要在擬南芥的花序、果柄基部表達(dá)。超量表達(dá)GhHMGR可部分恢復(fù)擬南芥hmgr突變體矮小、不育的表型。GhHMGR基因正調(diào)控決定胚珠HMGR含量。HMGR受抑制劑專一影響, 超量表達(dá)GhHMGR株系胚珠及纖維發(fā)育較WT好, 且其胚珠對抑制劑也更敏感。GhHMGR可促進(jìn)胚珠內(nèi)可溶性總糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為蛋白及脂質(zhì)而進(jìn)一步影響胚珠及纖維的生長發(fā)育。綜上可知, GhHMGR基因在棉花胚珠的生長發(fā)育過程中起著重要作用, 這也為我們結(jié)合基因工程手段進(jìn)行作物育種帶來了一種新思路。

References

[1] 楊紅旗. 我國棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展前景分析. 種子科技, 2010, (2): 5–6

Yang H Q. The analysis of cotton production and development prospect in China. Seeds Sci Technol, 2010, (2): 5–6

[2] Kim H J, Triplett B A. Cotton fiber growth in planta and in vitro Models for plant cell elongation and cell wall biogenesis. Plant Physiol, 2001, 127: 1361–1366

[3] Bach T J. Some new aspects of isoprenoid biosynthesis in plants—a review. Lipids, 1995, 30: 191–202

[4] Lombard J, Moreira D. Origins and early evolution of the mevalonate pathway of isoprenoid biosynthesis in the three domains of life. Mol Biol Evol, 2011, 28: 87–99

[5] Wang Y, Darnay B G, Rodwell V W. Identification of the principal catalytically important acidic residues of 3-hydroxy-3-metII-ylglutaryl coenzyme A reductase. J Biol Chem, 1990, 265: 21634–21641

[6] 陳大華, 葉和春, 李國鳳, 劉彥. 植物類異戊二烯代謝途徑的分子生物學(xué)研究進(jìn)展. 植物學(xué)報, 2000, 42: 551–558

Chen D H, Ye H C, Li G F, Liu Y. Cloning and sequencing of HMGR gene of Solanum tubersosum and its expression pattern. Acta Bot Sin, 2000, 42: 724–727 (in Chinese with English abstract)

[7] Stermer B A, Bianchini G M, Korth K L. Regulation of HMGCoA reductase activity in plants. J Lipid Res, 1994, 35: 1133–1140

[8] Omura T, Watanabe S, Iijima Y, Aoki K, Shibata D, Ezura H. Molecular and genetic characterization of transgenic tomato expressing 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl coenzyme A reductase. Plant Biotechnol, 2007, 24: 107–115

[9] Luo M, Xiao Y H, Li X B, Lu X F, Deng W, Li D M, Hou L, Hu M Y, Li Y, Pei Y. GhDET2, a steroid 5α-reductase, play an important role in cotton fiber cell initiation and elongation. Plant J, 2007, 51: 419–430

[10] Clough S J, Bent A F. Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J, 1998, 16: 735–743

[11] Bradford M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem, 1976, 72: 248–254

[12] Ge X, Wu J. Tanshinone production and isoprenoid pathways in Salvia miltiorrhiza hairy roots induced by Ag+and yeast elicitor. Plant Sci, 2005, 168: 487–491

[13] Beasley C, Ting I P. The effects of plant growth substances on in vitro fiber development from fertilized cotton ovules. Am J Bot, 1973, 130–139

[14] Beasley C A, Ting I P. Effects of plant growth substances on in vitro fiber development from unfertilized cotton ovules. Am J Bot, 1974, 61: 188–194

[15] 湯章城. 現(xiàn)代植物生理學(xué)實驗指南. 北京: 科學(xué)出版社, 1999

Tang Z C. Modern Laboratory Manual of Plant Physiology. Beijing: Science Press, 1999 (in Chinese)

[16] Xia R, Li C Q, Lu W J, Du J, Wang Z H, Li J G. 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase 1 (HMG1 ) is highly associated with the cell division during the early stage of fruit development which determines the final fruit size in Litchi chinensis. Gene, 2012, 498: 28–35

[17] Suzuki M, Kamide Y, Nagata N, Seki H, Ohyama K, Kato H, Masuda K, Sato S, Kato T, Tabata S, Yoshida S, Muranaka T. Loss of function of 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase 1 (HMG1) in Arabidopsis leads to dwarfing, early senescence and male sterility, and reduced sterol levels. Plant J, 2004, 37: 750–761

[18] Bach T J, Lichtenthaler H K. Mevinolin: a highly specific inhibitor of microsomal 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase of radish plants. Z Naturforsch, 1982, 37: 46–50

[19] Opitz S, Nes W D, Gershenzon J. Both methylerythritol phosphate and mevalonate pathways contribute to biosynthesis of each of the major isoprenoid classes in young cotton seedling. Phytochemistry, 2014, 98: 110–119

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20151008.1403.018.html

GhHMGR Gene Function in Ovule Development of Cotton (Gossypium hursutum L.)

MA Fu-Lei, LI De-Mou, LI Zhi, YANG Wei-Juan, ZHOU Xue, YOU Yu, and LUO Xiao-Ying*
Biotechnology Research Center of Southwest University / Key Laboratory of Biotechnology and Crop Quality Improvement, Ministry of Agriculture / Chongqing Key Laboratory of Agricultural Biotechnology, Chongqing 400716, China

Abstract:The constitutive promoter CaMV35S was selected to drive the expression of GhHMGR gene in cotton by using the plant genetic engineering technology. The HMGR contents of ovule (10 DPA) of transgenic lines were detected, and the contents of total sugar, oil and protein as well. Meanwhile, we also performed ovule culture in vitro. The results showed that the expression level of GhHMGR was higher in part organ under light, such as petiole and boll shell than in root and ovule in dark. The GhHMGR gene could partly recover Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) hmgr mutant characteristics. Compared with wild-type (WT), the HMGR contents of ovule (10 DPA) in overexpression transgenic lines increased, whereas decreased in suppression expression lines. While the contents of total oil and protein of overexpression transgenic lines increased, and that of total sugar decreased. Meanwhile, the suppression expression lines performed in an opposite trend. The investigation of ovule culture in vitro showed that ovules became deformity after treated with the inhibitor. All of these implied that expression of GhHMGR gene plays a key role in the development of cotton ovule.

Keywords:Cotton (Gossypium hursutum L.); GhHMGR; Ovule; HMGR

收稿日期Received(): 2015-04-10; Accepted(接受日期): 2015-09-06; Published online(網(wǎng)絡(luò)出版日期): 2015-10-08.

通訊作者*(Corresponding author): 羅小英, E-mail: luoxy@swu.edu.cn

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00222