茉莉酸信号转导途径JAZ家族基因GaJA99调节棉花抗逆性机制研究

Cotton plays a very important role in the economic affairs of the world. To ensure the cultivated area of cotton under the competing situation between cotton and grain crops, it is necessary to expand the arable land in the drought and saline-alkali lands where is unsuitable for grain crops growth. Jasmonic acid (JA) has been demonstrated that it is an indispensable semiochemical for plants respond to stress. The members of JAZ family are the key factors of JA signal pathway and.can be applied to molecular modified researches of crops on drought and salt tolerance. 1 JAZ family genes have been cloned and all the genes have the significant differential expression in root, stem or leaf when the cotton seedlings exposed to drought and salt stress. Especially, the GaJA99 is up regulated in all tissues. The GaJA99 was transformed to Arabidopsis thaliana for getting the overexpression plants, the results showed GaJA99 could improve drought and salt tolerance of Arabidopsis thaliana. For further study of the GaJA99 function in the JA signal pathway under stress and its mechanism of improving stress tolerance, the overexpression and VIGS silenced cotton (Gossypium hirsutum L.) lines are used. This research has important significance for plant stress tolerance research due to JA signal induced by JAZ proteins, and provide theoretical basis and new stress tolerance germplasm to cotton breeding.

棉花在国民经济中起着重要作用，在粮棉争地情况下为保证棉花种植面积，需扩展其在不适合粮食种植的干旱盐碱地区种植范围。茉莉酸被研究证明是植物应对逆境的一种不可或缺的信号物质，JAZ家族成员作为茉莉酸信号途径中的关键因子可应用于作物抗旱耐盐方面的分子改良。本项目组从亚洲棉种克隆到21个JAZ家族基因，发现在干旱和盐分胁迫条件下，这些基因在棉苗的根、茎、叶均有明显表达差异。其中GaJA99在所有部位都上调表达。将GaJA99在入拟南芥中过量表达，结果表明该基因可以提高拟南芥的抗旱耐盐性。为进一步解析在逆境胁迫下其在茉莉酸信号转导途径中的作用，以及提高植物抗性的机制，分别在陆地棉中进行过过量表达和VIGS基因沉默，以转基因棉花为材料深入研究与其互作基因网络的研究。对深入了解棉花中JAZ蛋白介导的茉莉酸信号传导对植物抗逆性的研究有重要意义，为棉花抗逆育种提供理论基础和新材料。

亚洲棉是二倍体棉花， 也是研究抗逆的最重要的材料。 茉莉酸在调节各种生物和非生物胁迫响应方面有重要作用。 本研究以亚洲棉TIFY 家族基因为研究对象， 对该家族基因进行了分析和鉴定， 并克隆了该家族其中一个重要基因GaJA99， 并完成了该基因在棉花中的功能验证,主要研究结果如下：.1.我们的研究提供了棉花的 TIFY 家族基因全基因组分析，并且初步在拟南芥和棉花方面进行了功能验证。 这些数据为以后对于盐碱和茉莉酸之间的关系奠定了一定的基础。.2. 通过进化分析 GaJAZ4（cotton_A_11862） 与拟南芥中的 AtJAZ1 有较高的相似性，最初命名GaJA99， 所以重新命名为 GaJAZ1-like。 通过亚细胞定位和酵母双杂交实验证明 GaJAZ1-like 位于细胞核内， 可以和 GhMYC2 互作， 并且外施 MeJA 该基因有明显的组织特异性和时间特异性， 进一步证明GaJAZ1-like 是 AtJAZ1 的同源基因。.3. 目前已经获得 T5 代过表达 GaJAZ1-like 的转基因植株用于后续研究。 在 2015 年和 2016年连续两年将过表达 GaJAZ1-like 棉花分别种于安阳试验田、 山东东营盐碱地试验田和江苏盐城盐碱地试验田， 以受体材料 CCRI24 为对照。 转基因材料在两年各个盐碱地试验点的发芽率， 长势， 根长， 结铃率均好于 CCRI24， 而且 2016 年东营 3 个小区的的产量也明显高于 CCRI24。.4. 将过表达的 GaJAZ1-like 材料在不同盐浓度下进行研究发现不同盐浓度下转基因材料的萌发率， 长势， 株高， 结铃率等均优于 CCRI24。 丙二醛、 总抗氧化能力等生理指标和叶绿素的含量也进一步证明转基因材料具有较好的耐盐性， 而且 3‰浓度的盐处理对转基因植株和CCRI24 的胁迫情况有明显的差异。.5. 将过表达的 GaJAZ1-like 和 CCRI24 3‰盐处理后进行转录组测序。发现了 358 个与胁迫相关的差异基因， 这些基因主要是富集在生长素信号通路中。筛选到了可能参与 JA 介导的盐胁迫的靶标基因GhMYB59、 GhMYB48 和 GhGH3.5。 总的来说， 这些数据均表明 GaJAZ1-like 在耐盐性方面起着重要作用。