[发明专利]棉花GhUXS3基因、其编码蛋白及应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，特别是涉及棉花GhUXS3基因、其编码蛋白及应用。

背景技术

棉纤维品质由棉纤维发育决定。棉纤维发育历经纤维原始细胞分化突起、纤维细胞伸长(初生壁形成期)、次生壁加厚、脱水成熟4个阶段。初生壁形成期和次生壁加厚期是棉纤维品质形成的关键时期。其中初生壁形成期主要是木葡聚糖、木聚糖和果胶等非纤维素物质的合成，决定棉纤维长度。次生壁加厚期则是纤维素大量沉积过程，与纤维强力直接相关。因此，明确棉纤维发育过程中影响棉纤维强力品质形成的基因及其作用是利用生物技术方法提高棉纤维强力品质的关键所在。

研究发现棉纤维强度除与纤维素结晶度相关外，还和非纤维素的交联相关。非纤维素成分主要包括木葡聚糖(Xyloglucan)、木聚糖(xylan)、果胶多糖等。木葡聚糖、木聚糖与纤维素微纤丝间以氢键相连，与纤维素微纤丝一起形成网状结构，深埋在果胶多糖基质中。据推测纤维素和非纤维素物质交联结构的形成，会导致初生壁形成期大约36％的高分子非纤维素聚合物含量下降。纤维素微纤丝和非纤维素交联加固了细胞壁结构，从而使得纤维强力明显增强。

尿苷二磷酸-木糖(UDP-Xylose)是构成非纤维素多糖木葡聚糖、木聚糖、果胶等核苷糖形成所必须的底物。主要是通过尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶催化葡萄糖(Glucose)形成尿苷二磷酸-葡糖醛酸(UDP-glucuronate)，进而由尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶(UDP-Glucuronate Decarboxylase，UXS)催化尿苷二磷酸-葡糖醛酸而形成。因此UXS作为一种不可逆酶，是实现己糖向戊糖的转化的关键酶，影响非纤维素多糖的合成。在植物上已有多篇有关UXS基因的克隆报道，其中在烟草上，该基因的反义基因成功表达导致葡萄糖/木糖比例增高，同时其转基因植株的维管组织结构发生变化，木聚糖含量在烟草次生壁中减少。在棉花上该基因尚无相关报道。但有研究表明其底物葡糖醛酸在棉纤维从初生壁到次生壁转换过程中，含量逐渐升高，在次生壁开始加厚时，含量最高，随后开始下降。而木糖在纤维次生壁形成期含量也有增高趋势。可见UXS的表达必将对木糖合成，以及细胞壁非纤维素多糖含量产生影响，并进而影响到纤维素微纤丝和非纤维素交联。综合以上研究结果表明，UXS基因对棉纤维品质形成的内在机理有重大意义，在纤维品质遗传改良中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种棉花尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶基因(GhUXS3)及其编码蛋白。

本发明的另一目的是提供棉花GhUXS3基因在提高棉花棉纤维品质中的应用。

为了实现本发明目的，本发明的一种棉花GhUXS3基因编码的蛋白，其具有SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列或该序列经替换、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。

本发明还提供编码上述蛋白的基因，其具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列。

本发明还提供含有上述基因的载体。

本发明还提供含有上述载体的宿主细胞。

本发明还提供含有上述基因的转化植物细胞。

本发明进一步提供棉花GhUXS3基因在改善棉纤维品质中的应用。

具体地，本发明基于拟南芥四条尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶(AT3g62830，AT5g59290，AT2g47650和AT3g46440)的编码序列，利用BLASTN在美国国立生物技术信息中心网站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)棉花的表达序列标签数据库中搜索相似性较高的EST序列，结合电子拼接、RT-PCR以及RACE技术克隆得到棉花尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶基因，命名为GhUXS3。

利用半定量RT-PCR检测GhUXS3基因在陆地棉“中棉所8号”和海岛棉“Pima90-53”棉纤维不同发育时期的表达量。发现其在“中棉所8号”中的表达量要高于“Pima90-53”，且在“Pima90-53”中表达量的变化较为平缓。在初生壁向次生壁合成转化时表达量达到最高。

将GhUXS3基因与原核表达载体pET-32a连接，转入大肠杆菌DH5α，在IPTG诱导条件下，表达融合蛋白。分离纯化该融合表达蛋白，并在适当条件下，作用于底物UDP-葡萄糖醛酸，反应完成后，经液相色谱分析，反应液中存在产物UDP-木糖。表明GhUXS3基因表达的融合蛋白能够促进UDP-葡萄糖醛酸向UDP-木糖的转化，GhUXS3基因编码尿苷二磷酸葡萄糖醛酸脱羧酶。