棉花基因GhRac6对棉蚜的抗性功能分析

Plant Rac proteins not only influence on the formation of plant cell wall and callose that are associated with plant resistance to aphid, but also is closely related to plant defensive response pathway to diseases, similar to plant defensive response to herbivores with piercing-sucking mouthpart(including cotton aphids). However, whether plant Rac proteins is related to plant resistance to aphids is seldom reported. The applicant cloned cotton Rac gene GhRac6 by RACE method on the basis of obtained EST on cotton aphid inducement using suppression subtractive hybridization method and bioinformatics analysis.The subcellular localization of GhRac6 protein were studied, and the cotton aphid resistance and mechanism of the strains overexpressing GhRac6 gene or of GhRac6 RNA interference were carried out in order to lay a foundation of further studying on the reaction process, the molecular mechanism and signal pathways of cotton aphid-resistance, and to cultivate cotton aphid-resistant varieties Overexpressing GhRac6 and provide the theory basis for developing effective methods for the prevention and control of cotton aphids.

植物的Rac蛋白不但影响植物细胞壁、胼胝质（与抗蚜有关的性状）的形成，而且还与植物对病害的防御响应途径(与对蚜虫的防御响应类似)密切相关。那么，植物Rac蛋白是否与植物对蚜虫的抗性有关呢？目前很少有相关报道。项目申请人前期工作以棉花-棉蚜为研究对象，采用抑制差减杂交法和生物信息学方法对所获得表达序列标签进行了分析，利用RACE方法分离鉴定了棉花的GhRac6基因。在此基础上，拟采用分子生物学技术进一步研究GhRac6蛋白在亚细胞中的定位，及GhRac6过量表达或干涉后棉花株系的抗蚜作用及其机理，以期为进一步研究棉花抗蚜反应的过程、分子机理和信号传导途径打下基础；同时可为利用GhRc6抗蚜基因培育抗蚜棉花新品种，开发行之有效的棉蚜综合防治方法提供理论依据。

植物Rac蛋白不但影响植物细胞壁、胼胝质的形成，而且还与植物对病害的防御响应密切相关。但是，植物Rac蛋白在植物对蚜虫抗性中所扮演角色却少有报道。本项目以棉花-棉蚜为研究对象，克隆了棉花基因GhRac6（GenBank登录号: MG787184），研究了GhRac6 蛋白的亚细胞中的定位及其抗蚜功能与机理。主要结果如下：（1）GhRac6蛋白在细胞膜、细胞质和细胞核中均有表达。（2）在棉蚜诱导6, 12, 24, 48和72 h时，GhRac6在根，茎，子叶和真叶表达量均上调；模拟蚜虫机械伤害和棉蚜唾液诱导下GhRac6表达量在6, 12 h上调，但在其它时间段则与对照差别不大；水杨酸诱导下GhRac6在不同时间段各个组织中的表达量均显著上调，但茉莉酸和乙烯诱导下GhRac6表达量变化与对照差别不明显。（3）分别以GhRac6过量表达转基因棉花（Line 3，Line 4，Line 6）和RNAi棉花（Line1）的T1、T2及T3代植株为材料，野生型棉花coker312植株作为对照进行抗蚜性表型功能分析。选择性试验表明在棉蚜危害6、12 和24 h后，三个株系植株叶片上棉蚜的数量均显著或极显著低于Line1和Coker312。非选择性试验表明在棉蚜危害24 h和48 h后，三个株系棉花植株叶片上棉蚜的数量多显著低于Coker312和Line1。三个株系上棉蚜蜜露分泌量要少于Coker312和Line1。采用刺探电位图谱（electrical penetration Graph, EPG）技术对棉蚜取食行为分析表明在三个棉花株系上棉蚜的取食行为与在Coker312和Line1上存在一定差别。但是以上实验Coker312和Line1差异均不明显。（4）分别以GhRac6表达量最高的Line6的T1、T2和T3代植株和Cocker312作为材料，研究表明Line6植株中脂氧合酶（LOX）, 苯丙氨酸解氨酶（PAL）和过氧化氢酶（CAT）表达量均比Coker312高。Line6植株叶片胼胝质沉积比Coker312多。Line6和Cocker312叶片游离氨基酸含量差异不显著。Line6棉花细胞壁比Coker312增厚。该研究为深入研究棉花抗蚜反应过程、分子机理和信号传导途径打下了坚实基础；同时为利用 GhRc6培育抗蚜棉花新品种，开展有效的棉蚜综合防治方法提供了理论依据。