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棉花是世界上重要的经济作物之一,棉籽具有丰富的纤维、脂肪、蛋白质和淀粉,是一种优质的油脂和蛋白质资源,具有重要的经济价值。棉籽中由于棉酚的存在,其作为副产品的应用和开发受到限制。棉酚是一种倍半萜化合物,是棉花中一种重要的次生代谢产物。棉酚可以使棉花抵抗病原入侵和昆虫叮咬,同时在医药、农业和工业领域也有着巨大的应用价值。茉莉酸信号参与植物的抵抗胁迫的重要反应之一就是诱导次生代谢物的合成,MYC2是JA信号通路的正调控因子,可以与其他激素信号因子如ERF、DELLA等互作参与调控植物次生代谢物的合成与积累。MeJA可以诱导棉花毛状根中棉酚的合成与积累,显著提高棉酚含量,但其调控的分子机制尚不清楚。腺体是锦葵科植物特有的组织,主要功能是储存棉酚等次生代谢物,因此也被称为“油腺”、“黑腺”等。腺体遍布于棉花的各个组织与器官,腺体中储存了大量棉酚等次生代谢物,在棉花抵抗生物和非生物胁迫发挥重要的功能。当控制腺体形成的基因GoPGF沉默后,棉花植株出现典型的无腺体表型,棉酚含量显著降低,棉花抗性减弱。因此,种子无腺体、植株有腺体棉花是理想的培育品种,在保证棉花抗性的同时可充分利用棉籽的资源。本研究克隆并鉴定了棉花中b HLH转录因子GhMYC2,对其表达模式、功能进行分析,发现GhMYC2参与调控棉花中棉酚的合成,明晰JA信号途径调控棉酚合成的分子机制。前人研究表明GoPGF影响棉花腺体的形成,但其对棉酚的调控机制尚不明确,本研究发现GhMYC2可以与腺体形成的关键转录因子GoPGF相互作用,证明GoPGF通过与GhMYC2互作参与调控棉酚的合成,为明确棉酚与腺体的关系提供了新的论据。主要研究结果如下:1、AtMYC2在棉花中存在8个同源基因,其中Gh＿D12G2074与At MYC2同源性最高且已被命名为GhMYC2。GhMYC2与其他调控植物次生代谢物的MYC2s在功能结构域上高度保守。GhMYC2具有转录活性并主要定位于细胞核,在棉花幼苗中子叶的表达量较高而在根中表达量较低。在受到外源MeJA处理后,棉花幼苗中GhMYC2的表达水平显著升高。综上所述,GhMYC2在功能上与其他MYC2基因相似,可以受到JA信号的诱导表达。2、GhMYC2表达水平的变化影响棉酚的合成。利用病毒诱导的基因沉默技术沉默棉花中的GhMYC2后,棉酚合成基因CYP71BE79、CDNC、CYP706B1、DH1、CYP82D113和2ODD-1的基因表达量显著降低,棉花叶片中游离棉酚的含量显著减少,表明GhMYC2的沉默抑制了棉酚的合成与积累。进一步培育GhMYC2过表达的发根棉花,结果表明随着GhMYC2的过表达,毛状根中CYP71BE79、CDNC、CYP706B1、DH1、CYP82D113和2ODD-1的表达水平显著提高,游离棉酚含量也显著增加,表明GhMYC2的过表达促进了棉花中棉酚的合成与积累。以上结果证明GhMYC2参与调控棉花中棉酚的合成并在其中发挥正向调控作用。3、GhMYC2通过激活CYP71BE79、CDNC、CYP706B1、DH1、CYP82D113的表达参与调控棉酚的合成。棉酚合成基因的启动子顺式元件分析表明,CYP71BE79、CDNC、CYP706B1、DH1、CYP82D113和2ODD-1的启动子区域都含有明显的G-box和MYC结合位点。酵母单杂、Chip-q PCR、双荧光素酶报告等试验结果表明GhMYC2可以特异性结合CYP71BE79、CDNC、CYP706B1、CYP82D113、DH-1启动子区域的G-box位点激活其表达。GhMYC2对2ODD-1启动子没有明显的激活作用。综上所述,棉酚合成基因CYP71BE79、CDNC、CYP706B1、DH1、CYP82D113是GhMYC2的下游靶基因,GhMYC2通过调控它们的转录水平进一步参与棉花中棉酚的合成。JAZ是JA信号通路中的负调控因子,Gh JAZ2可以与GhMYC2互作抑制GhMYC2的功能。我们通过烟草中的双荧光素酶报告试验证明Gh JAZ2可以抑制GhMYC2对CYP71BE79的激活作用。4、GhMYC2与GoPGF之间存在相互作用。GoPGF是棉花腺体形成的关键转录因子,其沉默后导致棉花出现明显无腺体表型,棉酚含量显著降低。GhMYC2沉默后棉花叶片和茎上腺体密度与对照相比明显降低,通过酵母双杂、Co-IP、Bi FC等技术证明GhMYC2与GoPGF存在相互作用,为棉花腺体发育的分子机制研究提供了重要的参考意义。