ERF转录因子GhB301在海岛棉抗枯萎病中的功能研究

Xijiang is the only area producing sea-island cotton in china, whose superior natural ecological conditions and intensive production provide unique advantages for the production of sea-island cotton. The harm caused by cotton fusarium has the most serious effect on quality and yield of sea-island cotton.The study on the mechnisim of Fusarium wilt resistance and the isolation of Fusarium wilt resistance-relation genes will lay foundation for breeding of sea-island cotton by genetic enginneering.Amounts of studies show that ethylene response transcription factors (ERFs) were important regulatory factors in signal transduction pathways of plant disease resistance. ERFs aslo plays an important role in regulating stress responses of pathogens.In our previous study, GhB301 which belongs to ERF-B3 subgroup was cloned.Overexpression of GhB301 can activate the expression of defensive genes acting in downstrem of ERF in tabcoo.In this project, overexpression trangenic sea-island cotton will be generated by Agrobacterium-mediated method to investigate the effects of change in expression level on defensive genes expression, enzyme activity,content of phenylpropanoid compounds and lignin. Our effort is to eluciate the funtion of GhB301 in Fusarium wilt resistance in sea-island cotton, providing the theory basis and important resource for sea-island cotton breeding.

新疆是我国唯一的海岛棉产区，优越的自然生态条件和集约化生产为新疆海岛棉生产提供了得天独厚的发展优势。海岛棉枯萎病是影响海岛棉产量和品质的最重要病害。研究海岛棉抗枯萎病的分子机制，分离抗病相关基因将为利用基因工程技术培育海岛棉抗病品种奠定基础。大量研究已证实，乙烯应答蛋白是植物抗病信号转导途径的重要调控基因，在植物对病原菌胁迫的应答反应中发挥重要的调控作用。课题组在前期研究中已克隆了一个受枯萎菌诱导的棉花ERF-B3亚组基因GhB301，该基因的过表达能显著增加烟草中ERF下游防卫基因的表达，暗示该基因可能在棉花抗枯萎病中有重要作用。本项目拟通过农杆菌介导法获得GhB301基因过表达的海岛棉植株，探讨GhB301基因表达水平的改变对海岛棉下游防卫基因表达、酶的活性及苯丙烷类物质和木质素含量的影响，明确GhB301基因在海岛棉抗枯萎菌中的功能，为海岛棉抗枯萎病分子育种提供理论依据和基因资源。

棉花枯萎病是影响棉花产量和品质的重要病害，培育抗病品种是最为经济有效的措施。抗病基因的挖掘及其调控机理的解析将为利用基因工程技术培育棉花抗病品种提供理论依据和重要的基因资源。本课题以表达谱中筛选得到的基因片段为探针，利用序列拼接及RT-PCR技术，从中棉所12根部组织中克隆得到ERF转录因子GhB301基因，该基因开放阅读框384bp，编码127个氨基酸。枯萎病菌诱导后，该基因在抗病品种中的相对表达量显著高于感病品种；并且乙烯、水杨酸、干旱及低温均能诱导该基因的表达。构建植物过表达载体pPZP35S-GhB301，采用农杆菌介导的方法将其导入烟草和棉花中，分别获得6个烟草转基因株系和3个转基因棉花纯系。对过表达GhB301转基因棉花株系和野生型对照进行研究，发现枯萎病菌处理后，转基因株系中多个与苯丙烷代谢途径、JA/ET路径、SA路径、PR基因和氧化酶类有关的基因表达显著上调；多种防御酶活性（SOD、POD、PPO、CAT、PAL）显著增加，且酶活性峰值出现时间也早于野生型对照；抗病性鉴定证明过表达GhB301的转基因棉花株系增强了对枯萎病的抗性（转基因株系病指14.77%，野生型病指34.50%）。对枯萎原菌侵染不同时期的转GhB301棉花株系和野生型对照的根部组织进行转录组分析，获得14021个差异表达基因（DEGs）。GO功能分析及KEGG富集分析，发现共有135个DEGs参与氧化还原过程，67个DEGs参与防御反应，31个DEGs参与苯丙烷类生物合成，可能与转基因棉花的枯萎病抗性增强存在密切关系。通过本项目研究，明确了GhB301基因在棉花抗枯萎菌中的功能，为阐明GhB301基因在棉花抗枯萎病中的分子调控机制奠定了基础。