GhJAZ10调控棉花响应干旱胁迫的分子机制研究

Jasmonic acid (JA) is an important plant hormone response to biotic and abiotic. The JASMONATE ZIM-domain (JAZ) proteins, belonging to the subfamily of plant-specific TIFY protein family, were identified as the transcriptional repressors of JA signaling, and these proteins spurred remarkable progress in understanding how JAs regulate large-scale changes in gene expression in model plants, but the molecular mechanisms of JAZs remains elusive in regulating cotton response to drought stress. Therefore, more research is needed to understand the biological functions and molecular mechanisms of JAZ genes in cotton. Our previous studies found that GhJAZ10 was up-regulated expressed by polyethylene glycol (PEG) and methyl jasmonate (MeJA) treatment in cotton. Overexpressing GhJAZ10 remarkably attenuated drought stress tolerance in Arabidopsis. In this project, the overexpression and RNAi cotton lines of GhJAZ10 will be developed for illuminating its biological functions for cotton respond to drought stress by analyzing physiological and biochemical indexes, stomatal closure and conduction, expression patterns of drought related marker genes. Yeast two hybrid, BiFC, RNA-Seq and qRT-PCR techniques will be employed to clarify the mechanism of GhJAZ10’s response to drought stress in JA signal pathways. These results will provide a foundation for understanding the molecular regulation of JA signaling and stress responses mediated by JAZ genes in cotton.

茉莉酸（JA）是一类植物内源激素，在响应生物及非生物胁迫中起重要作用。目前，JA信号中的负调控因子JAZ在棉花响应干旱胁迫中的作用机制尚不明晰。我们前期研究发现，GhJAZ10基因在干旱胁迫和茉莉酸甲酯处理时上调表达，拟南芥过表达该基因则显著减弱了转基因植株的抗旱性。本项目拟以RNAi和过表达GhJAZ10转基因棉花为材料，研究抗旱相关生理生化指标、气孔导度、抗旱相关标记基因表达，明确GhJAZ10在干旱胁迫中的生物学功能；构建酵母双杂文库筛选GhJAZ10互作蛋白，BiFC验证互作关系，VIGS研究互作蛋白基因在干旱胁迫中的反应；通过RNA-Seq分析干旱胁迫下RNAi和过表达GhJAZ10转基因棉花株系与对照材料之间的差异表达，筛选GhJAZ10响应干旱胁迫的通路基因，阐明GhJAZ10调控棉花响应干旱胁迫的分子机制，为基因工程技术改良棉花耐旱性、创制棉花耐旱新种质材料奠定基础。

JAZ基因是茉莉酸信号通路中的重要基因，在响应生物及非生物胁迫中有重要作用。然而有关棉花JAZ基因如何调控棉花响应非生物胁迫的机制尚不明确。本项目前期通过转录组分析发现GhJAZ10在棉花响应干旱胁迫中高表达，在此基础上，通过拟南芥异源表达、棉花病毒诱导沉默以及棉花过表达转基因株系创制，开展了在上述转基因株系中进行干旱和盐胁迫的研究，发现GhJZA10基因通过参与茉莉酸信号通路，减小气孔开度，调节转基因株系的发芽率，根长、鲜重以及叶绿素含量和浓度，影响DREB2A、RD22、DREB1A和DREB1B的表达，从而增强植物的抗旱、耐盐能力。以上工作在原有目标任务明确GhJAZ10基因在棉花干旱胁迫中的生物学功能基础上，增加了GhJAZ10基因在棉花耐盐胁迫中的功能研究。丰富了JAZ基因在棉花非生物胁迫中的功能分析。通过酵母单双杂等实验，发现GhJAZ10能够直接与GhABC1K蛋白直接相互作用调控棉花耐逆性，初步阐明该基因参与调控棉花耐逆机制。这部分工作中有关GhABC1K的研究进一步丰富了GhJAZ10基因在调控棉花耐逆性中的重要作用。标注本项目资助的论文共3篇，其中2篇为第一标注，1篇为第二标注。本项目资助发表中文核心期刊2篇，SCI论文1篇。