GbMPK3基因在海岛棉抗旱耐盐中的功能初探.pdfVIP

摘要

棉花是世界上重要的经济作物之一，在国民经济中占有重要地位，近年来，我国棉

花的可利用耕地面积逐渐减少，土壤干旱和盐碱化程度严重，各种生物胁迫以及非生物

胁迫严重影响棉花的品质和产量。而常见的非生物胁迫如干旱、高盐等逆境已成为影响

棉花品质和产量的重要问题，因此研究相关基因的抗旱耐盐功能，解析棉花对干旱胁迫

和盐胁迫的分子响应机制，对研究和培育抗旱耐盐特性的棉花品种以及提高棉花产量和

品质具有重要意义。促分裂原活化蛋白激酶mitogen-activatedproteinkinase,MAPK）是

一类丝氨酸/苏氨酸Ser/Thr）蛋白激酶，在植物生长发育过程中发挥作用，也参与响应

干旱和盐等非生物胁迫。本研究以海岛棉Maroad为材料克隆GbMPK3

Gbar_A03G004270）基因，分析其生物信息学功能，qRT-PCR技术分析GbMPK3基因

在干旱胁迫和盐胁迫下的表达水平，利用病毒诱导的VIGS技术沉默GbMPK3基因，对

沉默植株进行生理生化指标的测定，利用酵母双杂交筛选GbMPK3蛋白的互作蛋白，

初步探究GbMPK3基因在棉花抗旱耐盐胁迫中的功能，为棉花培育抗旱耐盐品种提供

相关理论基础。主要研究结果如下：

1.以海岛棉Maroad为材料克隆GbMPK3基因，基因序列全长为3046bp，CDS序列

全长1128bp，编码375个氨基酸，有6个外显子和5个内含子，相对分子量为43.01KDa，

等电点为5.50，无跨膜区，在78-181氨基酸区域中有一个蛋白激酶保守结构功能域，

165-177个氨基酸位置上有一个Ser/Thr蛋白激酶活性位点，属于典型的MAPK家族蛋

白，二级结构和三级结构由α螺旋、β折叠和无规卷曲组成与MAPK家族蛋白的成员的

三级结构相似。亚细胞定位预测GbMPK3基因位于细胞核。通过构建GbMPK3同源基

因的系统进化树，发现GbMPK3与雷蒙德氏棉，亚洲棉，陆地棉和木槿之间存在较为亲

近的亲缘关系。

2.研究了GbMPK3基因的表达模式，利用qRT-PCR技术分析GbMPK3基因在棉花

不同组织和不同时期的表达量，结果显示，GbMPK3基因在茎中的表达量最高，其次是

叶片和纤维，在根中的表达量最低，盐处理下在12h时GbMPK3基因表达量最高，干旱

处理下GbMPK3基因在72h时表达量最高，表明GbMPK3基因具有组织差异性，在盐

胁迫和干旱胁迫下均能诱导GbMPK3基因的表达。

3.利用VIGS技术对盐胁迫和干旱胁迫处理下的GbMPK3基因沉默植株进行表型观

察和相关生理生化指标的测定，结果显示，在盐处理和干旱处理后GbMPK3基因沉默植

株的株高比未处理矮小，叶片萎蔫，相对含水量下降，叶片水分损失率出现不同程度的

升高，叶绿素含量降低，实际光合作用减弱。对沉默植株的三种过氧化酶进行测定分析

发现盐和干旱胁迫后SOD、CAT、POD活性均下降，Pro含量降低，MDA和HO含量

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升高，APX活性下降。这些结果初步显示沉默GbMPK3基因降低了棉花对盐胁迫和干

旱胁迫的耐受性，GbMPK3基因正调控棉花的抗旱耐盐性。

4.通过酵母双杂交筛选GbMPK3蛋白的互作蛋白，分析GbMPK3蛋白的分子调控

机制，成功构建pGBKT7-GbMPK3诱饵重组载体，通过自激活检测，显示GbMPK3蛋

白没有自激活活性，挑取出26个阳性克隆，对阳性克隆进一步鉴定，筛选出22种不同

的编码蛋白基因。

综上所述，利用海岛棉克隆出GbMPK3基因，并通过VIGS技术对沉默植株进行抗

盐耐旱性分析，酵母双杂交筛选GbMPK3蛋白的互作蛋白，初步探究GbMPK3基因的

分子机制，为棉花培育抗旱耐盐品种提供相关理论基础。

关键词：海岛棉，MAPK基因，VIGS，抗旱，耐盐

ABSTRACT

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