第一章 前言

1.1研究背景

众所周知，棉花并不是花，棉花植物开的花卉是乳白色或粉红色花卉。棉花是锦葵科棉属植物的种籽纤维，原产于亚热带。植株为灌木状，在热带地区栽培可长到6米高，一般我们见到的为1到2米。花朵为乳白色，开花后不久转成深红色接着就会凋谢，留下绿色蒴果，称为棉铃，棉铃内有棉籽，棉籽上的茸毛从棉籽表皮长出，塞满整个棉铃，成熟后便自行裂开，露出柔软的纤维[1]。

棉花是重要的经济作物之一，不但产量大而且生产成本低，使得棉织品价格比较低。棉纤维适合制作各类我们日常生活所用到的布料，我们的衣食住行都离不开它，可见棉花在我们的生活环境中处在多么重要的位置。为纺织工业提供了最重要的天然纤维；含油量较高的棉花种子，也为食品油工业提供了重要的原材料；棉花纤维作为植物界最长的单细胞之一，为单细胞发育提供良好的模型。随着纺织工业引入高效、快速的纺织技术，对棉花的总体纤维品质提出了更高的要求，要求育种家能够育出纤维更细、长度更长、强度更强、整齐度更好地棉花新品质[2]。棉花纤维是由胚珠表皮细胞分化发育而成的一种不分叉单细胞。发育过程分4个时期：起始、伸长、次生壁增厚和脱水成熟。在这4个发育时期之间生长发育过程中没有明显的界限，在相邻时期之间会有重叠。棉花纤维在整个从原始细胞的分化到脱水成熟发育的过程中，不仅有很多重要的生理化过程，也有对这个过程起重要调控作用的大量基因。

1.2研究现状和意义

1.2.1 转录因子及其调控

转录因子（Transcription factor,TF），又称为反式作用因子（Trans-acting factor），是指位于细胞核内能够直接或间接作用于真核基因启动子区域并且能够形成具有RNA聚合酶活性的转录复合体功能的蛋白质因子。植物生长发育过程中，形成了一系列具有调控作用的转录因子。转录因子对植物发育具有重要的调控作用， 主要通过激活或抑制相关基因的转录广泛参与细胞生长、细胞周期调控、信号转导、代谢和生理平衡以及胁迫响应等生物进程。目前，植物里面已经分离到超过60种转录因子家族 [3] 。

1.2.2 TCP转录因子家族

TCP 转录因子是在高等植物中所特有的转录因子家族，经研究人员发现，其成员数目不多，但它在植物生长发育的调控过程中却起着非常重要的作用。在不同的植物中，我们都有发现一系列的TCP，并且均有其不同的功能作用。TCP 家族蛋白的命名是由该家族最初分离得到的 3 个成员的首字母合成，即玉米中的TEOSINTE BRANCHED 1（TB1） 、金鱼草中的 CYCLOIDEA（CYC）和水稻中分离的 PROLIFERATING CELL FACTORS（PCFs） 。TCP家族蛋白的主要特征是在 N 端含有一段约 60 个氨基酸保守的非典型的碱性-螺旋-环-螺旋（bHLH）结构域，称之为 TCP 结构域。其中碱性区主要负责与下游靶基因的启动子序列结合，螺旋-环-螺旋结构域则负责 TCP 蛋白之间的互作，可形成同源或异源二聚体。TCP家族的蛋白具有结合DNA和二聚化的特性。利用CYC，TB1和水稻PCF1,2,3,5,6蛋白研究发现，TCP结构域组成的baisic helix-loop-helix(bHLH)结构是二聚化和结合DNA所必须的。根据TCP结构域预测，拟南芥基因组编码了24个TCP转录因子。根据碱性区的结合序列的不同把该家族蛋白分为两个亚家族 class I TCP 和 class IITCP ， PCF1，2，3属于class I，PCF5，6，7，8和CYC，TB1属于class II。

它 们 分 别 具 有 部 分 重 叠 的 结 合 位 点 : GGNCCCAC 和GTGGNCCC，重叠的核心结合区 GGNCCC 可能是导致两个亚类间存在拮抗作用的直接原因[4,5]，对拟南芥基因组的进行搜索，发现其中只有少数几个包含这个共有序列的启动子。保守区氨基酸的突变会导致结合位点发生变化， 如属于 class I TCP 的 AtTCP16 由于第 11 个残基的改变会导致其蛋白更加容易结合 class II TCP 的结合位点[6]。第一个被分离到的 class I TCP 转录因子是水稻中的 PCF1 和PCF2，它们与细胞增生有关，其具体功能却至今未知。近些年来，该亚类的功能在拟南芥中得到了一些验证。因此我们将探索更多的此类基因，在拟南芥中进行实验验证，并将此应用到更宽广的区域范围。