棉花抗黄萎病基因GbVe的功能鉴定及其抗病机制

棉花黄萎病是毁灭性的、对产量影响最大的病害，抗黄萎病遗传改良和抗病机制一直是棉花遗传育种领域的重大科学问题。本研究基于项目组前期克隆的海岛棉GbVe及其在拟南芥上的功能鉴定结果，拟从多个角度深入研究GbVe基因在棉花抗黄萎病中的作用。通过从不同抗性棉花品种中克隆Ve基因及侧翼序列，明确Ve基因的基因组水平变异与抗病性的关系；采用实时定量PCR技术，分析黄萎病菌胁迫下GbVe基因在抗、感不同的棉花品种中的表达差异；构建植物超表达载体并转化陆地棉品种，筛选获得转GbVe纯合体，寻找参与GbVe介导的抗病反应的关键信号分子；通过病毒诱导的基因沉默（VIGS）方法研究关键信号分子与抗病性的关系；从分子生物学、细胞学、生理生化和表型等多个层次和水平，揭示GbVe基因与棉花黄萎病抗性的关系，明确其抗病机制。研究结果对于创造陆地棉抗黄萎病新种质和培育棉花新品种具有理论和应用意义。

棉花黄萎病是毁灭性的、对产量影响最大的病害，抗黄萎病遗传改良和抗病机制一直是棉花遗传育种领域的重大科学问题。本研究基于项目组前期克隆的海岛棉GbVe及其在拟南芥上的功能鉴定结果，在棉花和拟南芥上从细胞学、生理生化和分子生物学等方面深入研究了GbVe的抗病机制。通过从不同抗性棉花品种中克隆Ve基因及其启动子序列，发现Ve基因序列在陆地棉和海岛棉种间存在差异但种内不存在差异，而且979bp长的启动子序列中的一个碱基差异影响着陆地棉和海岛棉中Ve的表达量。qRT-PCR显示，受黄萎病菌诱导，抗病海岛棉和抗病陆地棉中Ve均显著上调表达，说明Ve参与了棉花抗黄萎病反应过程。转基因拟南芥抗病性的提高与木质素、POD和H2O2有关，GbVe介导的抗病反应依赖于BR、SA和JA信号转导途径。构建了GbVe植物超表达载体，利用花粉管通道法转化感病陆地棉品种，获得了T2代转基因阳性植株，接菌后转基因棉花的抗病性明显增强，转基因棉花通过提高木质素、改变H2O2含量增强其抗病性；qRT-PCR显示棉花中GbVe介导的抗病反应主要依赖于SA信号转导途径。利用VIGS技术沉默棉花Ve基因，沉默棉株表现抗病性下降，根系不发达，木质素含量下降，H2O2积累，且SA信号通路中的基因未被诱导。此外，还克隆了两个新的抗病相关基因GbRVd和GhDHS1，并通过转基因拟南芥和VIGS沉默棉花，证明该基因具有抗黄萎病功能。上述研究结果丰富了棉花抗黄萎病分子机制，对于深入了解棉花与黄萎病菌互作过程中的基因表达与调控机制具有重要意义。