[发明专利]一种烟草表皮毛发育相关基因NtTTG2及其重组表达载体和应用

说明书

技术领域

本发明属于分子生物学领域，涉及一种烟草表皮毛发育相关基因NtTTG2及其重组表达载体和应用。

背景技术

在植物体表面的表皮毛在不同种类的植物上表现出不同的形态特征。一般来说，表皮毛是由表皮细胞分化出的毛状单细胞或者多细胞结构，这种结构可以作为植物最外层的天然屏障，有着不可替代的保护功能，如可以减弱植物在紫外线、干旱、辐射和毒性物质等非生物胁迫下所受到的伤害^[1]。另外，植物表皮毛在植物抗击虫害和抵御病原物侵染过程中也起着非常重要的作用。

在植物中，表皮毛发育的控制是一个相当复杂的过程。有许多证据显示，表皮毛的起始和发育是受正向调控因子和负向调控因子调控的。目前，对于拟南芥的表皮毛发育模型已经研究的比较透彻，这也成为了研究植物细胞分化分子基础的最好的模型之一。

拟南芥的表皮毛是无腺体的单细胞表皮毛，一般有3个分支，在整个植株中均有分布。它的发育是一个由时空控制的过程，已经分离到的表皮毛突变体70多个，可归以下几种类型：无表皮毛型、表皮毛簇生型、表皮毛减少型、表皮毛扭曲型和玻璃状表皮毛型，涉及二十多个基因的参与^[2]。为了阐释表皮毛发育起始的控制机制，克隆调控基因和研究这些调控基因的功能是非常必要的。目前认为，在这些基因中，有三个最为重要，分别是编码myb的GL1，编码bHLH的GL3和编码WD-40的TTG1，这三个基因表达的产物在矮牵牛中形成三元复合体，控制着花青苷的生物合成^[3]。在拟南芥中，GL1(GLABROUS1)和TTG1(TRANSPARENTTESTA GLABRA1)两个基因发生功能缺失的突变体，叶片的表皮毛完全消失。GL3(GLABROUS3)基因突变的突变体数量和表皮毛的分支明显减少或消失。

表皮毛包括分泌型和非分泌型两种，是由表皮细胞层分化出来的单细胞或多细胞的结构。分泌型表皮毛具有腺体，可以分泌多种化合物，如多糖、机酸、萜烯类或者盐等。拟南芥的表皮毛是非分泌型的单细胞表皮毛，是表皮细胞分化成的三叉结构，一般认为起物理防卫的功能，表皮毛密度的增加可以减少被天敌选择的几率^[4]。这种以表皮毛作为物理屏障的功能是一种直接的抗虫机制，可以避免植食性昆虫的伤害。

另外，有些植物的表皮毛可以分泌化学物质来抵御外敌侵害，如分泌与防卫相关的酶类等等。烟草(Nicotiana repanda)表皮毛中含有去甲基尼古丁，这种生物碱可以抗击植食性昆虫，比尼古丁毒性更大。研究表明，去甲基尼古丁的产生是受茉莉酸甲酯或伤诱导的，而且被诱导后积累非常迅速，在抗虫中具有重要作用。表皮毛的分泌物含有大量的对天敌具有毒性或防御作用的物质，可以占到叶片干重的17％^[5]。Wagner等2004年实验证明，烟草表皮毛的分泌物在抗击蚜虫伤害起着重要的作用。表皮毛的分泌物可以流到叶片的表皮细胞上，当蚜虫爬过时，这些分泌物就会粘附于蚜虫身体上，从而被蚜虫带到植物的其他部位，启动其他部位的抗虫防卫反应。

以往研究证明，拟南芥表皮毛有利于真菌孢子和菌丝的吸附，无毛突变体gl1增强了对真菌侵染耐受能力。但进一步研究发现，表皮毛中可以高水平表达α-1，3-glucanase，具有这种特性的表皮毛可以明显提高对真菌侵染的抗性。这种特性是不依赖于水杨酸或者茉莉酸防卫信号通路，只依赖于表皮毛内表达的α-1，3-glucanase^[6]。

表皮毛在减轻植株对重金属的毒害也有重要作用。如拟南芥叶片表皮毛中可以积累十倍于表皮细胞的有毒金属量，还检测到高水平的谷胱甘肽的生物合成，表皮毛这种充当毒性分子存储库的功能可以降低植物中的养分值，从而防止植食性动物的袭击^[7]。

另外，植物的表皮毛具有较高的反射率，能够有效的反射大量的紫外线，减少紫外线直接照射与表皮细胞上，减轻植物所受的UV-B辐射破坏。

总之，在植物的发育和防卫中，表皮毛起着非常重要的作用，而模式植物拟南芥表皮毛的发育调控机制的解析也带动了许多其他植物如烟草表皮毛的相关研究。这些研究将能更好的阐明表皮毛发育机制以及为抗病、高产基因工程育种提供优秀的基因资源。

参考文献：