【摘 要】
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棉花是重要的纤维和油料作物,黄萎病是由大丽轮枝菌引起的一种通过土壤传播的维管束病害,严重妨碍了棉花的生产。栽培棉种对病虫害及非生物胁迫较为敏感,而野生棉种遗传多样性丰富,拥有优良的农艺性状与基因资源,尚未得到广泛利用。挖掘野生棉优异的抗病基因并结合现代分子育种技术阐明黄萎病抗性分子机制,是选育抗病棉花品种的有效手段。组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylases,HDACs）和乙烯应答
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棉花是重要的纤维和油料作物,黄萎病是由大丽轮枝菌引起的一种通过土壤传播的维管束病害,严重妨碍了棉花的生产。栽培棉种对病虫害及非生物胁迫较为敏感,而野生棉种遗传多样性丰富,拥有优良的农艺性状与基因资源,尚未得到广泛利用。挖掘野生棉优异的抗病基因并结合现代分子育种技术阐明黄萎病抗性分子机制,是选育抗病棉花品种的有效手段。组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylases,HDACs）和乙烯应答响应因子（Ethylene responsive factors,ERFs）在植物发育及胁迫应答中发挥着重要作用。本研究对棉花HDAC基因家族及对黄萎病响应机制进行了研究;基于全基因组测序并结合澳洲棉转录组数据筛选出GauERF1 05基因,验证其在棉花抗黄萎病方面的功能。主要结果如下:1、棉花HDAC家族基因的鉴定与分析:在陆地棉（G.hirsutum,AD1）、亚洲棉（G.arboreum,A2）瑟伯氏棉（G.thurberi,D1）和澳洲棉（G.australe,G2）棉种基因组中分别鉴定到30、15、13和20个HDAC基因家族成员;棉花HDACs分为RPD3/HDA1、HD2和SIR2三个亚族,同一亚族成员间具有相似的基因结构和保守基序;其基因启动子中含有大量的激素应答、胁迫相关响应元件及有关植物生长发育的顺式作用元件;RNA-seq结合qRT-PCR发现在黄萎病胁迫下,多数HDAC基因上调表达;HHDACs成员响应乙烯、水杨酸和茉莉酸的诱导,表明该基因家族可能通过参与ET/JA和SA等信号通路,来调控棉花对黄萎病防御反应。2、ERF105基因在植物黄萎病抗性应答中的作用:利用VIGS技术成功沉默了GauERF1 05在陆地棉中的同源基因（GhA11G1784）,结果发现,基因沉默后棉花植株叶片变黄,萎蔫程度更为严重,表现出了更高的感病表型;茎秆木质素染色结果表明,接菌后的沉默植株的着色明显比对照植株要浅,表明干涉GauERF105同源基因的表达降低了木质素的合成从而减弱了植物抵御黄萎病的能力。3、利用转基因技术获得GauERF1 05的拟南芥超表达植株,对野生型和转基因植株同时接种黄萎病菌后,转基因植株的抗病性增强。qRT-PCR检测大丽轮枝菌的含量,结果显示在野生型植株积累了更多的黄萎病菌;DAB和台盼蓝染色发现转基因系叶片染色较浅,表明过表达GauERF105后减少了黄萎病菌对植物的侵害。4、基因表达分析结果显示,沉默GauERF105基因降低了棉花叶片中PR3、PR4和PR5的表达,而超表达GauERF1 05基因促进了拟南芥中AtPR3、AtPR4以及AtPDF1.2等基因的表达,说明GauERF105作为乙烯信号途径的下游因子,通过激活一些病程相关蛋白基因的表达进而增强了对黄萎病的抗性能力。以上结果初步明确了 HDAC和ERF抗黄萎病的功能,为深入阐明棉花抗黄萎病调控网络提供了理论依据,对选育抗黄萎病新品种具有重要的实践意义。
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