改良棉花纖維品質(zhì)研究

丁志輝

我國棉花品質(zhì)改良進入瓶頸期，雖然目標仍是在保持其他品質(zhì)指標的同時，重點提高纖維強度，但由于缺乏優(yōu)異種質(zhì)系、親本材料和創(chuàng)新技術(shù)，主要品質(zhì)指標改觀并不明顯。因此，利用常規(guī)育種與生物技術(shù)相結(jié)合的方法培育優(yōu)質(zhì)棉花是我國棉花育種的當(dāng)務(wù)之急。

（1）纖維伸長相關(guān)基因及轉(zhuǎn)基因研究。 提高高產(chǎn)棉花品種的纖維長度一直是棉花育種專家努力的目標，而利用從棉花纖維伸長機理研究所獲得的一些與纖維伸長直接相關(guān)基因是轉(zhuǎn)基因改良棉花纖維品質(zhì)的重要目的基因。在逆境條件下，纖維品質(zhì)結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因株系纖維平均長度比非轉(zhuǎn)基因株系增加 7% 左右。Wang 等將肌動蛋白結(jié)合蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花MY 中，纖維長度分析表明，轉(zhuǎn)基因株系 156、176纖維長度比非轉(zhuǎn)基因株系低 14.5% 左右。組成細胞骨架的基本結(jié)構(gòu)蛋白普遍是多基因家族基因編碼，并且同一家族不同基因表達在棉纖維發(fā)育各個時期表達有明顯差異。此外，細胞骨架在棉纖維發(fā)育中如何調(diào)控纖維伸長及組成細胞壁纖維素纖維絲的沉積，其具體作用機理目前還不清楚。

（2）影響棉纖維糖類物質(zhì)代謝改良纖維品質(zhì)。成熟棉纖維的主要組成部分是纖維素，纖維素是葡萄糖分子通過糖苷鍵連接而形成的子化合物。目前普遍認為，在棉纖維細胞中，纖維素以尿苷二磷酸葡萄糖為底物由纖維素合酶催化合成。纖維素的合成涉及細胞中多種酶及其產(chǎn)物的相互作用。棉花蔗糖合酶是棉纖維合成的重要功能酶，此酶催化蔗糖分解為果糖和尿苷二磷酸葡萄糖原酶基因并將棉花內(nèi)固醇，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植株株系纖維長度比非轉(zhuǎn)基因株系低 5% 左右。目前利用植物激素合成基因及其信號途徑相關(guān)基因為目的基因得到的轉(zhuǎn)基因棉的纖維長度明顯強于非轉(zhuǎn)基因棉。但是，由于受到目的基因、受體、啟動子等客觀因素的影響所得的棉花株系改良效果不盡相同。

（3）利用棉纖維中細胞骨架結(jié)構(gòu)蛋白及其調(diào)節(jié)因子改良纖維品質(zhì)。細胞骨架是廣泛存在于真核細胞中的纖維狀結(jié)構(gòu)，對于維持細胞形狀、物質(zhì)運輸、細胞的伸長等具有重要影響。高等植物細胞骨架結(jié)構(gòu)除了組成細胞骨架的基本蛋白成分外，一些細胞骨架結(jié)合蛋白對于維持細胞骨架結(jié)構(gòu)及其正常生理功能的發(fā)揮具有重要作用。在棉花中，已發(fā)現(xiàn)多種細胞骨架結(jié)合蛋白。肌動蛋白結(jié)合蛋白通過調(diào)控微絲的結(jié)構(gòu)在微管結(jié)合影響纖維素微纖維，此激酶也可以介導(dǎo)微絲和微觀之間的相互作用。此外，肌動蛋白解聚因子也是一種重要的微絲調(diào)節(jié)蛋白。

（4）其他相關(guān)基因用于改良纖維品質(zhì)。不同發(fā)育階段所特異性表達的基因種類及數(shù)量有著巨大的差異，其中一些基因在整個棉纖維發(fā)育過程都持續(xù)表達。整個棉纖維發(fā)育過程所涉及的任何一種基因都能夠作為棉花基因工程潛在的目的基因，并且棉花植株的一些非纖維組織特異性表達的基因?qū)γ藁ɡw維品質(zhì)可能有潛在的影響，這些基因同樣也可作為棉花基因工程潛在的目的基因。

植物基因工程作為近些年發(fā)展起來并逐漸走向成熟的一項新技術(shù)，在發(fā)展過程中存在一些問題。棉花纖維發(fā)育涉及多種代謝相互作用，細胞中的許多代謝產(chǎn)物對纖維的發(fā)育及纖維品質(zhì)有重要的影響，并且棉纖維的發(fā)育是多基因共同表達及相互作用的結(jié)果。但是，目前棉花基因工程所選擇的目的基因大多是直接影響與纖維素合成或纖維伸長基因。此外，啟動子對目的基因的表達和轉(zhuǎn)基因棉花纖維品質(zhì)有非常重要的影響。目前基因工程研究所用的轉(zhuǎn)化方法的轉(zhuǎn)化效率普遍偏低。這些依然是基因工程改良棉花纖維品質(zhì)需要持續(xù)研究并解決的問題。

（作者單位：新疆昌吉州纖維檢驗所）