【摘要】：棉花是世界上主要的纖維作物之一,也是重要的油料作物。陸地棉產(chǎn)量占世界棉花總產(chǎn)量的95%以上。許多生物脅迫和非生物脅迫因素會降低棉花產(chǎn)量,如干旱、營養(yǎng)缺乏、極端氣溫和鹽脅迫。這些非生物脅迫不利于植物生長,引起減產(chǎn),進而造成巨大的經(jīng)濟損失。葉片衰老被認(rèn)為是持續(xù)到葉片生長發(fā)育最終階段的退化過程。這個過程通常由外部因素和內(nèi)部因素共同調(diào)控。目前一共在44個植物物種中鑒定到5356個衰老相關(guān)基因(SAGs),大部分是在擬南芥中鑒定到的。許多轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控葉片衰老。本研究基于本實驗室葉片衰老過程中基因表達量變化的數(shù)據(jù)庫選取了9個基因挖掘其功能。使用MEGA6構(gòu)建了上述9個基因的系統(tǒng)進化樹。不同時期的葉片衰老材料取自種植于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所(河南安陽)實驗田的中棉所10號(中10),并在25℃的室內(nèi)小花盆中種植中10用于非生物脅迫的干旱處理、鹽處理、激素(ABA,SA,ET和JA)應(yīng)答實驗。哥倫比亞生態(tài)型的擬南芥用于基因轉(zhuǎn)擬南芥功能驗證。本研究從多個樣品中提取的RNA并反轉(zhuǎn)錄得到cDNA用于qRT-PCR試驗,用Delta Delta Ct方法計算基因的相對表達量。系統(tǒng)進化樹中9個基因分為兩組,前人研究表明大多數(shù)他們的同源基因在激素應(yīng)答和非生物脅迫中發(fā)揮作用。上述9個基因具有不同的組織表達模式,且大多數(shù)基因?qū)χ参锛に睾头巧锩{迫有響應(yīng)。依據(jù)對上述9個基因的研究結(jié)果,作者確認(rèn)了4個基因(CotAD_07559、CotAD_37422、CotAD_21204和CotAD_54353)作為葉片衰老和非生物脅迫的候選基因,并對其中的兩個基因(CotAD_21204(RPL2)和CotAD_54353(CDSP32,GhTRX134))進行了深入研究。此外,作者還對參與調(diào)控非生物脅迫的硫氧還原蛋白家族基因(TRX gene family)進行了深入研究。硫氧還原蛋白(TRX)是一類小分子蛋白,廣泛存在于各類生物體中。TRXs在植物生長發(fā)育的各個過程中都有重要作用。本研究中,我們在基因組水平上鑒定了陸地棉中TRX基因家族成員并對其進行了表達分析。共鑒定到150個GhTRX蛋白,根據(jù)結(jié)構(gòu)域可將其分為5個亞家族。進化樹分析將TRX基因分為7個亞組。GhTRX基因分散分布在所有的染色體上,并存在基因重復(fù)事件。三個基因?qū)Φ腒a/Ks比都小于1,表明其受到純化選擇。本研究詳細分析了GhTRX基因的基因注釋、蛋白定位和啟動子序列。此外,本研究還隨機選擇了6個GhTRX基因,研究了它們在棉花發(fā)育和多種外源處理應(yīng)答過程中的表達模式。這些基因在多種組織中表達量都很高,且在衰老的不同階段,以及在脫落酸、乙烯、干旱和鹽脅迫處理下都有較高的表達量。這是陸地棉中硫氧還原蛋白的首次研究,但要揭示陸地棉硫氧還原蛋白的特殊功能,還需要更深入的探索。將GhTRX134和GhRP12分別轉(zhuǎn)入擬南芥(Col-0)中,對T3代擬南芥在干旱、鹽脅迫、甲基紫精和冷脅迫處理條件下的基因表達和表型進行了研究,同時分析了轉(zhuǎn)基因擬南芥在非生物脅迫條件下的脯氨酸含量和抗氧化酶的活性變化情況。在棉花植株中使用VIGS方法分別沉默了兩個基因。結(jié)果表明轉(zhuǎn)GhTRX134和GhRP12的擬南芥植株可以增強其對鹽脅迫、旱脅迫,以及甲基紫精脅迫下的耐受性。在非生物脅迫條件下,轉(zhuǎn)基因擬南芥株系中的所有應(yīng)答基因表達水平都高于野生型對照。在干旱脅迫和鹽脅迫條件下,GhTRX134過表達株系的酶活性和脯氨酸含量都分別高于對照,而GhRPL2的過表達株系的脯氨酸含量和CAT活性都分別低于對照。在棉花植株中使用VIGS方法分別沉默了兩個基因后,被沉默的棉花植株其耐旱性減弱。該研究結(jié)果表明,GhTRX134和GhRPL2是棉花重要的非生物脅迫響應(yīng)因子。因此,可以進一步將這兩個基因轉(zhuǎn)入棉花,獲得轉(zhuǎn)基因棉花株系,以期推動棉花抗旱、耐鹽育種工作的進行。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S562

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本文編號：2789677