中文摘要：

课题组前期对棉花胚珠特异的类天冬酰胺合成酶基因GhASN-like及其启动子进行了研究，结果表明该基因与棉铃及胚珠发育存在密切关系，生长素能抑制其表达，超量表达能提高棉花产量。生长素如何抑制GhASN-like基因表达，该基因对胚珠中碳、氮、糖等含量是怎样影响的，抑制GhASN-like基因是生长素对种子发育产生影响的主要途径吗？针对上述问题，本项目拟研究生长素抑制GhASN-like基因表达的机制；分析GhASN-like转基因棉花胚珠中碳、氮等物质变化及糖合成代谢关键基因表达水平与酶活性变化；中间试验分析GhASN-like转基因棉花的产量及性状变化。可以弄清GhASN-like基因生物学功能及影响棉花产量的分子机理，认识TGA-box等元件参与生长素调控基因表达的机制，揭示非依赖于AuREs的生长素调控基因表达的机理；评价GhASN-like在提高棉花产量中的作用，促进其生产应用。

结论摘要：

为解析GhASN-like基因功能，明确生长素调控该基因的途径，进而探明其影响棉花产量的分子机制，项目研究了GhASN-like基因表达上调与下调转基因棉花胚珠中碳氮等物质变化；分析转基因棉花胚珠中糖合成代谢相关基因的表达水平和酶活性的变化；研究生长素抑制GhASN-like基因表达的机制，并通过中间试验分析GhASN-like转基因棉花产量及相关性状的变化。主要研究结果如下 GhASN-like基因原位杂交结果表明该基因的表达具有纤维特异性，可能与纤维发育过程中的延伸相关。PGhASNL控制GUS基因主要在棉花胚珠的珠心、外珠被和纤维中表达。这与GhAILP1 基因在棉花组织器官，以及不同生长时期胚珠中的表达基本一致。亚细胞定位结果显示该基因可能定位于细胞膜和细胞核。在拟南芥中克隆获得GhASN-like的同源基因AILP1，RNAi转基因拟南芥氨基酸含量测定结果有多种氨基酸的含量均下降。抑制拟南芥中AILP1的表达，可能影响了谷氨酸向谷氨酰胺转化，导致谷氨酸的过量积累和谷氨酰胺的减少。 采用酵母双杂交技术，以GhASN-like为诱饵筛选获得与其相互作用的4个蛋白，对其中的E3泛素蛋白连接酶HECT结构域（GhUPL7）和3’-羟基-3’-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因（GhHMGR）进行了研究。BiFC验证GhASN-ilke与GhUPL7在细胞核及细胞膜上存在相互作用。通过Real-time PCR分析表明 GhUPL7在纤维快速伸长期高表达，可能参与调控胚珠的发育及纤维伸长。胚珠离体培养和反义抑制GhUPL7转基因棉花的纤维检测结果表明胚珠变大，纤维变短。而GhHMGR在棉花植株光照部位中叶柄和铃壳内表达量相对较高，超量表达株系10d胚珠内HMGR含量升高，反义株系则降低，HMGR竞争性抑制剂处理导致胚珠发育畸形；且超量株系总油及蛋白含量升高，总可溶糖含量降低，反义株系则相反。结果表明，GhHMGR基因在棉花胚珠生长发育过程中扮演着重要的角色。研究结果在《作物学报》发表论文1篇。 对GhASN-like转基因棉花材料获准进行了两年的中间试验（2012、2013年），结果表明超量表达GhASN-like基因能够增加棉花的产量，反义抑制及RNAi干扰的转基因棉花产量降低，尤以单株成铃数和衣分差异显著。研究结果已获国家发明专利1项。