缩节安调控赤霉素生物合成及棉花品种敏感性差异的分子机理

徒长、倒伏问题限制农作物持续高产、高效生产，针对棉花对生长延缓剂缩节安存在的敏感性差异，以目前生产上主要的棉花品种为材料，在水培、温室和大田种植条件下，通过对棉花赤霉素生物合成关键酶CPS的基因克隆，转录和翻译水平的时空表达，离体条件下不同品种CPS蛋白结构、催化功能的差异，非标记微梁传感技术研究酶靶标与抑制剂的亲和力研究，并结合真核表达进行验证，首次揭示DPC调控棉花赤霉素生物合成及不同品种对DPC敏感性差异的分子机制，有重要的理论意义，同时为棉花及其它不敏感作物生产上合理施用植物生长调节剂，进行科学合理的作物化学控制有重要实践意义。

棉花（Gossypium spp.）是重要的经济作物之一。缩节安（Mepiquat Chloride, DPC）能抑制棉株营养生长，调节株型，促进营养物质往棉铃运输而增产，在生产上得到了大面积的推广应用。迄今为止，关于DPC抑制棉株茎节伸长生长的分子机制知之甚少。本课题经过三年的研究，基本完成了课题设计的研究内容，投稿（或近期投稿）SCI论文3篇（均标准基金支持），申报国家发明专利3项（2项授权），培养博士研究生1名，硕士研究生1名。取得的研究结果如下：. 采用同源克隆技术获得了棉花的古巴焦磷酸合酶（Copalyl Pyrophosphate Synthase，CPS）基因GhCPS，并利用病毒诱导的基因沉默（Virus Induced Gene Silencing，VIGS）技术对GhCPS基因的功能进行了研究。结果发现GhCPS基因全长为2466 bp，包含保守的DXDD和SAYDTAW基序，与其他物种中CPS的氨基酸序列同源性达50%，GhCPS与PtCPS有较近的亲缘关系；DPC处理抑制了GhCPS基因的转录水平，DPC显著抑制棉花顶芽、叶片和节间中GhCPS基因的表达，节间中GhCPS基因表达下调的时间最长；VIGS获得了GhCPS基因功能缺失的棉花突变体植株，其节间伸长受到明显抑制；GA3处理后棉花节间生长恢复，DPC 失去抑制作用。. 利用纯化的GhCPS蛋白为免疫抗原，对小鼠进行抗原免疫，获得了特异性较好的小鼠多克隆抗体；离体条件下研究了原核表达的GhCPS蛋白的酶促反应： GC-MS检测反应产物证实了GGPP脱去磷酸基团产生易于检测的GGOH。诱导表达并初步纯化后的GhCPS蛋白加入反应体系后，GC-MS检测后发现了COH的特征离子峰m/z257、m/z 275，证明GGPP在GhCPS催化下生成CPP，然后与CIAP作用下脱去两个磷酸基团，生成易于检测的COH。. 由于项目组成员研究能力和项目执行经验相对有限、课题申报时设计工作任务过大以及GhCPS蛋白离体条件下稳定性不理想等原因，利用微悬臂梁开展酶催化功能以及真核表达验证的部分工作进展不大，将在未来两年继续开展相关研究并加快论文等成果产出。