海岛棉VWR基因的克隆和抗黄萎病功能研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kwzheng
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我国棉花黄萎病是由大丽轮枝菌引起的土传维管束真菌病害,严重影响产量和品质。种植抗黄萎病的棉花品种是最经济有效的防治方法。作为世界两大主要栽培棉种的陆地棉和海岛棉在农艺性状上具有显著的差别,陆地棉表现产量高、适应性强但缺乏免疫或高抗黄萎病的抗源材料,海岛棉具有对黄萎病免疫或高抗且品质优良的特点。将海岛棉黄萎病抗性转育到陆地棉或利用基因工程手段将海岛棉的抗病基因转化到陆地棉中来改良陆地棉的抗病性是现代棉花抗病育种的重要策略之一。因此研究分离鉴定海岛棉抗黄萎病相关基因并研究其功能对于抗黄萎病分子育种具有重要意义。  本研究通过筛选黄萎病菌胁迫下的海岛棉全长cDNA文库和陆地棉SSH文库,获得2个与黄萎病菌胁迫相关的基因,Blast比对发现该基因目前没有任何解读信息,我们将海岛棉中该基因命名为GbVWR1和GbV WR2。为了明确GbVWR基因在棉花抗黄萎病中的作用,本研究分别对GbVWR1和GbVWR2基因进行克隆,组织表达特异性分析、黄萎病菌胁迫及激素诱导下的基因表达,利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术研究其抗黄萎病功能。主要研究结果如下:  1.克隆获得海岛棉GbVWR1和GbVWR2全长序列,对应的ORF分别为198bp和720bp;分别编码65个和239个氨基酸残基的蛋白;GbVWR1含有一个信号肽和一个跨膜域,而GbVWR2无信号肽和跨膜域。  2.生物信息学分析启动子相关作用元件发现,GbVWR1的启动子含有响应真菌诱导、赤霉素和类黄酮生物合成等相关的顺式作用元件;GbVWR2的启动子含有响应真菌诱导、茉莉酸、赤霉素、水杨酸、和植物逆境防御反应的顺式作用元件。  3.利用qRT-PCR分析基因的组织表达特性以及受黄萎病菌和激素处理后基因的表达模式。结果显示GbVWR1和GbVWR2在抗病海岛棉Pima90-53、耐病陆地棉农大601和感病陆地棉CCRI8的根、茎和叶中均有表达,并且两个基因在根中的表达量最高。GbVWR1和GbVWR2均受黄萎病菌的诱导表达,GbVWR1受茉莉酸、水杨酸、乙烯和赤霉素上调表达;而GbVWR2受茉莉酸、水杨酸和乙烯下调表达,受赤霉素上调表达。  4.构建了融合表达载体pCamE-VWR1∷GFP和pCamE-VWR2∷GFP,基因枪轰击法转化洋葱鳞茎内表皮细胞。结果表明pCamE-VWR1∷GFP融合蛋白在细胞的细胞膜、核膜、液泡膜以及内质网等部位均有明显的绿色荧光信号,推测GbVWR1蛋白定在膜系统上发挥功能,pCamE-VWR2∷GFP融合蛋白定位在细胞核。构建了原核表达载体pET-VWR1、pET-VWR2,经终浓度为1.0 mM的IPTG诱导后,SDS-PAGE蛋白电泳显示重组质粒分别表达分子量为25kDa和35kDa左右的特异蛋白条带。  5.通过VIGS技术分别抑制海岛棉内源GbVWR1和GbVWR2基因的表达,黄萎病菌处理后20天左右,沉默植株比对照表现更为感病,病指增高。说明GbVWR1和Gb VWR2都参与棉花抗黄萎病反应。  综上结果,本研究克隆了海岛棉两个功能未知新基因GbVWR1和GbVWR2,分别可以表达25kDa和35kDa左右的特异蛋白。GbVWR1和GbVWR2基因具有组织表达特异性,且均在根中的表达量最高;GbVWR1、GbVWR2均可以对黄萎病菌和MeJA、SA、ET和GA激素处理做出应答反应。GbVWR1蛋白定位在细胞质膜系统,GbVWR2蛋白定位在细胞核。GbVWR1和GbVWR2均对棉花抗黄萎病反应具有正向调节作用。
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