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棉花作为重要的经济作物,为纺织工业提供重要的原材料。但是,棉纤维发育过程的分子调控机制仍不清楚。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)在植物发育以及对逆境响应中扮演着重要的角色。然而,关于MAPK在棉纤维发育过程中的生物学功能,目前仍缺乏研究报道。本文通过全基因组筛查分析,鉴定了 56个陆地棉MAPKs基因,并对棉纤维伸长阶段优势表达的GhMAPK家族成员GhMPK6的功能进行了初步探究。具体研究结果如下:1.陆地棉MAPK家族全基因组鉴定及分析利用已知的拟南芥和水稻MAPK的蛋白序列在陆地棉基因组数据库(HAU和NAU)中鉴定了 56个陆地棉MAPKs基因,其中28个来自A基因组,28个来自D基因组。根据与拟南芥MAPK蛋白序列的相似性,将陆地棉中鉴定的56个GhMAPKs基因命名为GhMPK1A/D-GhMPK20aA/D。进化树分析表明该基因家族可分为4个亚支(A、B、C和D)。GhMAPKs基因不均匀分布在棉花基因组的22条染色体上,而其余4条染色体(At_Chr6,Dt_Chr6,At_Chr13和Dt_Chr13)上没有MAPK基因分布。同时,它们的外显子和内含子在位置、数量和长度上存在较大差异,但处于同一进化亚支上的GhMAPKs成员几乎都包含相似的基因结构和保守的蛋白结构域。GhMAPK家族成员都具有MAPK激酶保守的Ser/Thr蛋白磷酸酶结构域,ATP结合结构域,激酶活化环结构域,且在A、B和C三个亚支中激酶活化环为TEY型,而在D亚支中则为TDY型。对鉴定的56个GhMAPKs基因在棉花各组织和各发育时期的棉纤维中的表达模式进行了分析,发现GhMAPKs在不同组织中的表达模式不同,表明棉花发育过程中GhMAPKs基因可能存在功能差异。2.GhMPK6参与调控棉纤维伸长发育对GhMAPKs基因进行组织表达模式分析发现,一些GhMAPKs基因(包括GhMPK6)在伸长的棉纤维中优势表达。同时,利用anti-pERK磷酸化抗体检测了GhMPK6在棉纤维发育不同时期的磷酸化水平,结果显示,GhMPK6的磷酸化蛋白水平在开花当天胚珠中即能检测到,随后在开花后3-9天的棉纤维中维持较高水平,在开花后12-15天的棉纤维中逐渐下降,而在开花后18-21天纤维中几乎检测不到。这说明,GhMPK6可能在棉纤维起始和伸长阶段发挥重要作用。3.GhMPK6通过响应植物激素信号来调控棉纤维伸长发育植物激素在棉纤维发育中发挥重要作用。因此,本文选取合适浓度的植物激素处理体外培养的棉花胚珠,结果发现,与对照组相比,当施加外BL(植物体内存在最广泛的BR),ACC(乙烯合成前体)和IAA时,GhMPK6的磷酸化蛋白水平被激活,而当施加BRZ(BR合成抑制剂)或AVG(乙烯合成抑制剂)使得内源BR或乙烯含量降低时,GhMPK6的磷酸化蛋白水平则降低。施加外源GA不会影响GhMPK6的磷酸化水平。这表明GhMPK6可能通过参与这些植物激素信号的转导而调节棉纤维伸长发育。4.GhMPK6 上游 GhMAKKs 分析为了寻找参与棉纤维发育,位于GhMPK6上游的GhMAKKs,首先通过组织表达分析筛选在棉纤维伸长时期高表达的GhMAKKs。随后,通过酵母双杂交实验、BiFC实验以及Pull-down实验证实GhMKK2-2和GhMKK4分别与GhMPK6在体内和体外发生互作。由此推测,GhMKK2-2/GhMKK4-GhMPK6级联信号可能参与棉纤维伸长发育过程的调控。