棉花海藻糖6-磷酸合11和3個(gè)LEA基因的功能鑒定.pdf

1、高溫、低溫、干旱和高鹽等非生物脅迫均會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)及發(fā)育產(chǎn)生重大影響，甚至降低作物產(chǎn)量和品質(zhì)。植物生長(zhǎng)的不可移動(dòng)性使植物必須適應(yīng)不同的環(huán)境條件。通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，植物已經(jīng)進(jìn)化出應(yīng)對(duì)脅迫的一系列反應(yīng)機(jī)制，例如通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)激活或抑制體內(nèi)的生理生化過(guò)程從而提高對(duì)外界脅迫的抗性。LEA(LateEmbryogenesis Abundant)蛋白和海藻糖都在植物響應(yīng)脅迫過(guò)程中均發(fā)揮重要作用。
　　本研究在棉花Solex表達(dá)譜分析的

2、基礎(chǔ)上，分離鑒定了棉花1個(gè)海藻糖合酶基因（Trehalose-6-phosphate Synthase，TPS）和3個(gè)LEA基因，分別為GhTPS11和GhDHN、GhLEA_18、GhLEA_4。利用qRT-PCR和反向遺傳學(xué)方法分別對(duì)GhTPS11和GhLEA_4，GhLEA_18，GhDHN的表達(dá)模式和生物學(xué)功能進(jìn)行了分析。主要結(jié)果如下:
　　(1)氨基酸序列比較分析結(jié)果表明棉花TPS蛋白具有同源性很高的TPS結(jié)構(gòu)域和TPP

3、(Trehalose-6-phosphate phosphotase)結(jié)構(gòu)域，與擬南芥TPS11同源性較高，命名為GhTPS11。三個(gè)LEA分別與擬南芥Dehydrin、PvLEA18、LEA_4同源性最高，分別命名為GhDHN、GhLEA_18和GhLEA_4。
　　(2) qRT-PCR結(jié)果表明Gh TPS11和GhLEA_18、GhLEA_4在棉花幼苗根和葉中均有表達(dá)，且在葉中表達(dá)量高于根中。GhDHN只在根中表達(dá)。高溫、低

4、溫、高濃度NaCl和PEG均能誘導(dǎo)GhTPS11和GhDHN、GhLEA_18、GhLEA_4的表達(dá)，其中高濃度NaCl和PEG對(duì)4個(gè)基因的誘導(dǎo)表達(dá)尤為明顯。同時(shí)四個(gè)基因的表達(dá)也受到植物激素ABA的明顯誘導(dǎo)。說(shuō)明GhTPS11和GhDHN、GhLEA_18、GhLEA_4可能在棉花幼苗的高鹽和滲透脅迫中具有重要功能，且可能與ABA信號(hào)有關(guān)。
　　(3)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將Gh TPS1和GhDHN、 GhLEA_18、GhLEA_4基

5、因在擬南芥中超表達(dá)。對(duì)超表達(dá)株系進(jìn)行高鹽、PEG和ABA等脅迫處理，發(fā)現(xiàn)4個(gè)基因超表達(dá)株系在幼苗和成苗時(shí)期均未有明顯表型。只在種子萌發(fā)期發(fā)現(xiàn)，4℃下，OEGhTPS11超表達(dá)株系的種子萌發(fā)慢于WT，說(shuō)明Gh TPS1超表達(dá)株系種子萌發(fā)期冷敏感。
　　(4) OEGhTPS11和WT體內(nèi)冷脅迫響應(yīng)基因的表達(dá)分析，表明種子4℃萌發(fā)2天時(shí)，OEGhTPS11體內(nèi)CBF1和CBF2高于WT，而ICE1和CBF3表達(dá)低于WT，說(shuō)明超表達(dá)Gh

6、TPS11引起的擬南芥種子萌發(fā)期冷敏感可能依賴ICE1-CBF途徑。
　　(5)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，T6P含量和海藻糖含量在OEGhTPS11中都明顯高于WT中，表明GhTPS11超表達(dá)引起的T6P和海藻糖積累可能是其萌發(fā)時(shí)冷脅迫響應(yīng)基因表達(dá)差異的原因。
　　(6)另外，利用TAIL-PCR方法克隆到1679bp的GhDHN啟動(dòng)子序列。PLANTCARE啟動(dòng)子響應(yīng)元件分析表明GhDHN啟動(dòng)子上含有多個(gè)非生物脅迫響應(yīng)元件。同時(shí)Gh