棉花 GbCML24 基因的克隆及其功能分析

钙调蛋白类似蛋白 (CML) 是一类 Ca 2+ 感受蛋白，在植物生长发育和极性细胞起始伸长过程中发挥重要的作用。为了研究 CML 在棉花纤维发育过程中的功能，本研究从海岛棉 7124 中克隆到 1 个拟南芥 ATCML24 的同源基因，命名为 GbCML24 ，并对其分子特征以及功能进行初步分析。结果表明，该基因序列包含 1 个 465 bp 的开放阅读框，编码 1 个由 155 个氨基酸残基组成的蛋白，生物信息学分析表明， GbCML24 具有 4 个 CML 家族保守的 EF-hand 钙结合结构域。亚细胞定位主要位于细胞膜和细胞核，细胞质中也微弱可见。组织表达分析发现该基因在棉花的根、茎、叶、子叶、纤维中均有表达，在根中的表达量最高，在纤维中主要表达在纤维起始期 (0 DPA) 和第 2 次纤维快速伸长期 (15 DPA) 。启动子特异性分析表明转基因拟南芥的叶片、根和花器官中均检测到 GUS 活性，其中，莲座叶表皮毛中的 GUS 活性比较强。分析其 ATG 上游 1 500 bp 启动子序列顺式作用元件发现，在 ATG 附近 500 bp 处分布有大量和纤维发育有关的激素响应元件。荧光显微分析发现 Ca 2+ 主要在纤维细胞中积累，胚珠培养发现低浓度的 Ca 2+ 可以促进纤维伸长，而高浓度的 Ca 2+ 可以抑制纤维伸长，且随着外源 Ca 2+ 的不同处理，纤维中 GbCML24 的表达量也发生变化，趋势与纤维长度相似。本研究克隆到 1 个棉花 CML 基因，在纤维发育的关键时期表达量升高，能感知 Ca 2+ 的变化并随纤维伸长而变化，推测其与纤维发育有关，为后续纤维发育的机制研究提供了科学依据。