[发明专利]用于植物纤维表征和鉴定的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于分离生物大分子的方法，这些生物大分子包括来自成熟植物纤维(如棉纤维)的肽、蛋白质、以及核酸。在该生物大分子的分离之前，这些植物纤维可能已经加工成纱线，这些纱线随后可以被织造或针织成织物或成品服装。由于这些分离的大分子含有编码在它们的构造单元的序列中的信息，根据当前描述的方法从植物纤维分离出的这些大分子可以方便地用于表征该植物纤维或鉴定该植物纤维的起源或来源。使用植物纤维的历史来源，所生成的信息可以用在例如用于特殊植物纤维的个性特征保护(identity preservation)程序、植物纤维起源的证明中或者甚至用在育种系谱的重建中。

发明背景

植物纤维形成对于在经济上重要的产品如纸、绳索(绳和索)以及纺织品的一个来源。一种纤维被植物学地定义为一种长的窄的尖端细的细胞，其在成熟时是无活力的和中空的、具有大部份由纤维素和通常的木质素组成的硬的厚的细胞壁。在双子叶茎(亚麻、黄麻、大麻、苎麻)的韧皮部(内部树皮)中发现软纤维或韧皮纤维。在单子叶植物的(剑麻、马尼拉麻、菠萝)叶脉管束中发现硬纤维或叶纤维。表面纤维由种子类(棉花)、叶类或果实类(椰子纤维)的表面长成。

棉花提供了许多用于纺织工业的高质量纤维并且在通过经典方法或通过遗传上改变棉株的基因组获得具有适于工业要求的特征的棉纤维方面已经投入了较多的努力。

棉纤维作为一个种子毛状体，更确切地说在开花期或正好在开花期之前从胚珠的外珠被的表皮开始的单个细胞而起源。棉纤维的形态学发育已经很好地被文件证明(Basra and Malik，1984，Int Rev of Cytology 89：65-113；Graves and Stewart，1988，supra；Ramsey and Berlin，1976，American Journal of Botany 63(6)：868-876；Ruanand Chourey，1998，Plant Physiology 118：399-406；Ruan et al.2000，Aust.J.PlantPhysiol.27：795-800；Stewart，1975，Am.J.Bot.62，723-730)。棉纤维，特别是来自陆地棉的棉纤维，经历了四个重叠的发育阶段：纤维细胞开始、延长、次生胞壁生物合成、以及成熟。纤维细胞开始是一种快速的过程。在开花期之后白色毛绒纤维立即开始发育并且持续至约3个开花后天数(DPA)，此后纤维细胞延长(直到约10至约17DPA)。取决于生长条件，次生胞壁生物合成开始并且持续至约25至40DPA，随后是一个直到约45至约60DPA的成熟过程。该次生胞壁合成以及成熟期通常被视为“纤维强度建立期”。仅仅约25％至30％的表皮细胞分化成商业上重要的棉绒纤维(Kim和Triplett，2001)。大多数细胞不分化成纤维或发育成短纤维或绒毛。在纤维延长以及次生壁代谢期间，纤维细胞快速延长、合成次生壁成分、并且显示出急剧的细胞、分子以及生理学变化。纤维延长是与快速的细胞生长和膨胀(Seagull，1991.In Biosynthesis and biodegradation of cellulose(Haigler，C.H.&Weimer，P.J.，eds)pp.1432163，MarcelDekker，New York)以及大量的细胞代谢物以及细胞壁成分如纤维素的恒定合成相结合的。在成熟的棉纤维中约95％的干重是纤维素(Pfluger和Zambryski，2001，Curr Biol 11：R436-R439；Ruan et al.，2001，PlantCell 13：47-63)。非赛璐珞成分(non-celluloid component)对于纤维细胞发育也是重要的(Hayashi and Delmer，1988，Carbohydr.Res.181：273-277；Huwyler et al.，1979，Planta 146：635-642；Meinert and Delmer，1977，Plant Physiol 59：1088-1097；Peng et al.，2002，Science 295：147-150)。与其他的植物细胞比较，棉纤维在次生壁中不含有木质素但是具有推测地与快速的细胞生长和膨胀相关的大空泡(Basra andMalik，1984，supra；Kim and Triplett，2001，Plant Physiology 127：1361-1366；Mauney，1984，supra；Ruan and Chourey，1998，supra；Ruan et al.，2000，supra；Van‘t Hof，1999，American Journal of Botany 86：776-779)。