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水通道蛋白（AQP）作为一种膜通道蛋白,调控水和其它小分子物质在生物体内的跨膜运输。已有研究表明,AQP在植物渗透胁迫应答过程中起重要作用。为了系统性地探究棉花AQPs在渗透胁迫条件下的应答机制,挖掘棉花抗逆基因,本研究利用二倍体和四倍体棉花基因组以及陆地棉渗透胁迫条件下的转录组数据,对棉花AQPs家族基因进行了全基因组鉴定。经过生物信息学以及表达模式分析,筛选出多个参与棉花渗透胁迫应答的AQP基因,并确定了其亚细胞定位。之后,通过转基因超表达、基因沉默和启动子表达模式验证,系统研究了GhTIP2-1的抗渗透胁迫功能。本研究的主要结果如下:1.陆地棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉AQPs家族基因鉴定。根据水通道蛋白功能结构域PF00230,在三个棉种中共鉴定出215个全长AQP基因,陆地棉、亚洲棉和雷蒙德氏棉中分别有107个、52个和56个基因成员。系统进化结果显示,棉花AQPs分为PIPs、TIPs、NIPs、SIPs和XIPs五个亚家族。对陆地棉107个全长AQPs的蛋白理化性质,保守位点预测,基因结构,保守基序,启动子预测,共线性等分析。棉花AQPs五个亚家族下又分为多个亚组,每个亚组的蛋白具有相似的理化性质和基因结构。多数的AQPs基因启动子具有JA、SA、ABA等激素响应元件,以及干旱、低温等胁迫响应元件。2.陆地棉GhAQPs基因渗透胁迫应答调控分析。对转录组数据和实时荧光定量PCR结果进行分析,我们发现在不同的组织中GhAQPs基因表达模式并不完全相同,具有组织特异性。另外,GhAQPs基因的表达明显受到渗透胁迫的影响。其中GhPIP1-9、GhPIP2-8、GhTIP1-1、GhTIP2-1等基因在干旱胁迫下和盐胁迫下表达变化明显。在干旱和盐胁迫条件下,GhPIP1-9、GhPIP2-8、GhTIP2-1在根中和茎中显著上调表达,而在叶中则下调表达。干旱胁迫条件下,GhTIP1-1在叶片中上调表达,而在盐胁迫条件下,叶中GhTIP1-1显著下调表达。3.棉花AQPs基因亚细胞定位研究。克隆不同亚组的AQP基因克隆,并构建GFP荧光融合表达载体。通过农杆菌注射法瞬时侵染烟草下表皮,荧光观察。我们发现不同亚组的AQP基因具有不同的亚细胞定位模式,其中GhPIP1-9、GhPIP2-8、GhNIP5-1定位于质膜上,GhTIP1-1、GhTIP2-1定位于液泡膜上,GhSIP1-3、GhXIP1-1则同时定位于质膜和细胞质中。4.基因沉默验证棉花AQPs基因的渗透胁迫应答能力。利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术,本研究对陆地棉GhPIP1-9、GhPIP2-8、GhTIP1-1、GhTIP2-1基因进行沉默。与对照组相比,基因沉默后的棉花植株在干旱和盐胁迫条件下的萎蔫速度更快,其中以GhTIP1-1、GhTIP2-1基因沉默植株最为明显。进一步研究结果表明,在正常生长条件下,基因沉默植株的根中的相对含水量降低,而叶中的叶绿素含量升高。这些差异在干旱胁迫或盐胁迫处理后变得更加明显。以上结果表明AQPs基因明显参与棉花渗透胁迫调节。5.GhTIP2-1的抗渗透胁迫功能研究。通过农杆菌转化法获得超表达GhTIP2-1和Pro GhTIP2-1::GUS的转基因植株。通过GUS染色,我们发现GhTIP2-1在各个部位都有较高的表达,干旱胁迫和盐胁迫处理后在叶中下调响应,而在根中仍维持较高的表达。在渗透胁迫条件下,超表达GhTIP2-1拟南芥较野生型拟南芥的具有较长的根,叶绿素含量和脯氨酸含量较高,过氧化氢和丙二醛含量较低,并且胁迫相关基因也具有较高的表达,结果表明超表达GhTIP2-1能提高拟南芥对渗透胁迫的耐受性。本研究系统的研究棉花AQPs在基因组上的分布,通过进化分析,基因结构分析,保守结构预测,启动子响应元件分析,组织表达与渗透胁迫下的表达分析揭示棉花AQPs的特征。通过对挑选出的关键基因进行渗透胁迫下的功能验证,通过转基因拟南芥证明超表达GhTIP2-1能提高拟南芥对渗透胁迫的耐受性,为发现和挖掘棉花抗逆基因,培育抗逆品种提供参考和借鉴意义。