调控棉纤维伸长的基因GhTPR_A12及其应用

本发明属于棉花基因工程领域，具体涉及调控棉纤维伸长的 ghtpr_a12基因及其在棉花纤维细胞伸长中的应用；该基因可以正向调控陆地棉纤维伸长生长，是在棉花纤维品质改良上有重要价值的基因，可以通过杂交、转基因等技术方法，将该基因用于棉花纤维品质改良的分子育种研究中。

背景技术：

1、tpr（tetratricopeptide repeat）蛋白家族由一类含有tpr保守基序的蛋白质组成，在动物、植物与微生物中广泛分布，被认为参与蛋白质的互作调控，对一些蛋白质复合物的形成起到至关重要的作用[1]。每个tpr保守基序由34个氨基酸形成的两个反向平行的α-螺旋亚基组成。tpr蛋白在动物中报道较多，主要参与动物细胞周期调控、转录抑制、应激反应、蛋白质转运、rna剪接、蛋白质折叠等过程[2]。相对而言，植物tpr蛋白的报道较少，主要与细胞减数分裂、生长发育与信号转导有关，对生长素、赤霉素、乙烯等植物激素途径调控至关重要[3,4]。例如，tpr家族蛋白ssr1（short and swollen root 1），位于线粒体中，调控拟南芥根系发育，在ssr1敲除突变体中，由于细胞增殖和细胞伸长严重受损，导致初生根生长受到显著抑制。生长素测定发现ssr1敲除突变体根系中生长素水平显著降低，进一步研究发现，ssr1主要影响生长素极性输出载体pin2在液胞中的积累和降解来调控根的生长发育[5]。tpr家族蛋白spindly（spy）是赤霉素途径的负调节因子，其调控功能的发挥，需要通过其tpr基序与另外两个转录因子形成复合体方可发挥作用[6]。在拟南芥中，spy蛋白通过与gigantea蛋白相互作用，调节开花、生物节律和下胚轴伸长等生物过程[1]。gmtpr是一个大豆tpr蛋白家族成员，该蛋白可以通过与大豆乙烯信号通路上的一个重要乙烯受体蛋白gmetr1-1相互作用，进而对乙烯信号通路进行调控[7]。番茄tpr家族蛋白sltpr1位于质膜和核膜，可与乙烯受体nr和leetr1相互作用，从而调节乙烯代谢通路[1]。tpr家族蛋白atrtp1（attpr130）是拟南芥中sltpr1蛋白的唯一同系物，也可以优先与乙烯受体相互作用，进而对乙烯信号通路进行调控[108]。这些结果表明tpr蛋白对生长素、赤霉素与乙烯等激素信号通路具有重要的调控作用。在棉花中，关于tpr家族蛋白的报道甚少，仅fang等[8]，报道通过ems诱变技术诱导棉花a12染色体上一个tpr蛋白家族基因：ghir_a12g008870突变后，突变株成熟纤维长度显著变短。棉花tpr蛋白家族成员对生长素、赤霉素及乙烯信号通路响应调控及纤维发育的研究尚未见报道。

2、参考文献：

3、[1] zhou x, zheng y, cai z, et al. identification and functionalanalysis of tomato tpr gene family[j]. international journal of molecularsciences, 2021, 22(2).

4、[2] yan x, tian d, peng r, et al. tetratricopeptide repeat domain 36protects renal tubular cells from cisplatin-induced apoptosis potentially viamaintaining mitochondrial homeostasis[j]. tissue cell, 2022, 76: 101749

5、[3] schapire a l, valpuesta v, botella m a tpr proteins in planthormone signaling[j]. plant signaling&behavior, 2006, 1(5): 229-230.

6、[4] sparks j a, kwon t, renna l, et al. hlb1 is a tetratricopeptiderepeat domain-containing protein that operates at the intersection of theexocytic and endocytic pathways at the tgn/ee in arabidopsis[j]. the plantcell, 2016, 28(3): 746-769.

7、[5] zhang m, wang c, lin q, et al. a tetratricopeptide repeat domain-containing protein ssr1 located in mitochondria is involved in rootdevelopment and auxin polar transport in arabidopsis[j]. the plant journal,2015, 83(4): 582-599.

8、[6] greenboim-wainberg y, maymon i, borochov r, et al. cross talkbetween gibberellin and cytokinin: the arabidopsis ga response inhibitorspindly plays a positive role in cytokinin signaling[j]. the plant cell,2005, 17(1): 92-102.

9、[7] niu y y, chen m, zhao-shi x u, et al. characterization ofethylene receptors and their interactions with gmtpr-a noveltetratricopeptide repeat protein (tpr) in soybean (glycine max l.)[j].journal of integrative agriculture, 2013, 000(004): 571-581.

10、[8] fang d d, naoumkina m, thyssen g n, et al. an ems-inducedmutation in a tetratricopeptide repeat-like superfamily protein gene ( ghir_ a12g008870) on chromosome a12 is responsible for the liy short fiberphenotype in cotton[j]. theoretical and applied genetics, 2020, 133(1): 271-282.

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一个可调控棉花纤维伸长发育的基因 ghtpr_a12，并初步证明基因 ghtpr_a12是正向调控棉花的纤维伸长。

2、本发明的技术方案如下：

3、调控植物发育的基因 ghtpr_a12，其核苷酸序列如seq id no.1所示。

4、进一步的，所述 ghtpr_a12基因编码的蛋白质序列如seq id no.2所示。

5、进一步的，本发明还提供所述 ghtpr_a12基因的表达盒、重组表达载体、转基因细胞系；所述重组表达载体为植物表达载体，优选是将所述基因片段连接到载体pbi121、pcambia3301中，得到重组质粒pbi121- ghtpr_a12、pcambia3301-ghtpr_a12和pcambia3301- ghtpr_a12pro-gus。

6、进一步的，本发明还提供所述的 ghtpr_a12基因，或重组表达载体在调控植物发育中的应用。

7、进一步的，所述应用是在调控植物纤维细胞发育中的应用，优选的是在调控植物纤维细胞的伸长中的应用。

8、进一步的，所述应用是将 ghtpr_a12基因导入目的植物中，进行过表达，得到纤维细胞伸长的转基因植物。

9、进一步的，所述植物是双子叶植物，单子叶植物，禾本科植物，十字花科植物中的一种；优选的，所述植物是棉花；更优选的，所述植物是亚洲棉，陆地棉，或雷蒙德式棉中的一种。

10、本发明的有益效果：1、提供了一个棉花新基因 ghtpr_a12的全长基因序列和所编码的蛋白质序列；通过酵母系统检测了该蛋白并不具有转录激活活性；2、分析了蛋白 ghtpr_a12的亚细胞定位，证实该蛋白定位于细胞核和细胞膜中；3、利用棉花遗传转化结合crispr/cas9技术，在棉花中敲除基因 ghtpr_a12，发现基因编辑植株纤维长度明显变短。这说明 ghtpr_a12正向调控棉纤维细胞伸长生长，具有改良棉纤维品质的潜在应用价值。本发明可用于通过杂交、转基因等方式进行棉花纤维品质改良的分子育种研究，为棉花的纤维发育机制提供新的思路，在培育优异棉纤维品种或研究中具有重要意义。