棉花抗旱性评价及抗旱基因GhAPX2的克隆和表达模式分析

摘要

棉花抗旱性受多基因控制，不同基因型棉花对干旱反应敏感程度不同。植物抗坏血酸过氧化物酶(APX)是清除植物体内氧自由基(ROS)重要的酶类，在植物抗逆过程中起着重要的作用。前人研究认为，植物细胞质APX(cAPX)在APX亚家族中对极端环境耐受程度最高，是植物逆境生存中的关键酶类。目前已有不少关于细胞质APX1基因在水稻、枣树、豌豆、棉花中抗逆作用的报道，但是同为细胞质抗坏血酸过氧化物的APX2基因却鲜有研究。本研究以24份陆地棉为材料，在花铃期进行控水胁迫，以不同性状指标下的抗旱度量值D值结合系统聚类分析并结合苗期植物形态鉴定法全面评价材料抗旱水平，旨在找出各性状下与抗旱关系密切的最优单项指标，筛选抗旱性强的材料，以此为试材克隆GhAPX2，进行植物表达载体的构建，并对该基因在棉花高抗、敏感材料的苗期与花铃期的时空表达模式进行分析。主要研究结果如下:
　　1.以棉花花铃期为主要研究时期，干旱胁迫下不同性状指标下的单一指标对胁迫反应敏感度不同。光合生理生化指标下与抗旱关系密切的指标为净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、抗坏血酸过氧化物酶(APX);纤维品质指标下与抗旱关系密切的指标有纤维长度、断裂比强度、马克隆值及纺织一致性指数;农艺性状指标下与抗旱关系密切的指标为株高、有效果枝数、有效铃数、单株产量。以不同性状指标为研究对象的D值聚类结果也有差异，基于光合生理生化指标D值的生理指标抗旱型材料主要有中R2007、贝尔斯诺、新陆早11、CQJ-5;基于纤维品质指标D值的纤维品质抗旱型材料主要有ND359-5、10615-3、新陆中36;基于农艺性状指标D值的产量指标抗旱型材料有新陆早11号、贝尔斯诺、新陆中36、Y1169、新陆早50。
　　2.GhAPX2的克隆及生物信息学分析表明，该基因ORF框为753bp，编码250个氨基酸残基，所编码的蛋白属于亲水性蛋白，不具有信号肽。蛋白质跨膜分析结果显示该蛋白为膜外蛋白，含典型的POD酶保守区域，属于过氧化物酶超家族成员，同时具有亚铁血红素结合位点、K+结合位点、底物结合位点等APX家族基因典型特征。系统进化树结果表明，该基因编码的蛋白与亚洲棉cAPX2亲缘关系最近。同时以克隆质粒为模板，设计带有BglⅡ和SpeⅠ酶切位点的引物，成功构建植物表达载体pCAMBIA1304-GhAPX2，为后续转基因试验奠定了基础。
　　3.以高抗、纤维品质优良品种的新陆中36和旱敏感、纤维品质差的品种新陆早26为试材的苗期实时荧光定量结果表明，该基因在棉花不同组织均有表达，在3叶、5叶期时叶片中表达量最高，7叶期时茎部组织有最高表达。以11％ PEG-6000模拟干旱胁迫48 h能够促使该基因表达上调;在花铃期0 DPA、5 DPA、10 DPA的棉铃中，胁迫组与对照组该基因表达水平持续上升，且胁迫组中表达量大于对照组。胁迫处理后新陆早26棉纤维中各时段的基因表达增加量高于新陆中36，而这一现象在两材料的叶片中表达水平恰好相反，因此推测该基因在叶片中的大量表达有助于提高棉花抗旱水平，而在纤维中作用相反。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 作物抗旱性概述

1．2 水分亏缺对植物形态指标的影响

1．3 水分亏缺对纤维品质和产量的影响

1．4 水分亏缺对光合作用的影响

1．5 水分亏缺对植物理化指标的影响

1．6 本研究的目的、意义及研究内容

第2章 不同性状指标选择对抗旱评价结果的影响

2．1 材料与方法

2．2 数据处理及统计分析

2．3 结果与分析

2．4 讨论

2．5 本章小结

第3章 棉花抗旱基因GhAPX2的克隆及生物信息学分析

3．1 材料与方法

3．2 结果与分析

3．3 讨论

3．4 本章小结

第4章 GhAPX2的时空表达特征及载体构建

4．1 材料与方法

4．2 结果与分析

4．3 讨论

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

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