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植物作为定植生物在生长发育过程中不断遭受不良环境的威胁。在长期进化过程中植物形成了一系列机制来适应和防御这些胁迫。MAPK信号级联途径(Mitogen-activated protein kinase pathway)在植物响应逆境胁迫的过程中起着重要的枢纽作用。研究表明,MAPK级联途径参与植物的干旱、高盐、活性氧、植物激素以及病原菌侵染等多种刺激反应的信号途径。目前关于MAPK级联途径的研究多集中在拟南芥、烟草等模式植物中。MAP3K作为MAPK级联途径的顶端成员,是MAPK级联系统的重要组成部分。目前许多研究已经证实,MAP3K不仅在植物响应生物胁迫、非生物胁迫方面表现出功能,在调节植物生长发育发面也发挥了重要作用。棉花是世界范围内重要的纤维及油料作物,具有重要的经济价值。本研究以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)(鲁棉22)为材料,利用同源克隆的方法分离得到一个Raf-like家族的MAP3K基因,命名为GhMAP3K40,并对其进行了序列比对、表达特性分析和功能鉴定,具体研究结果如下:(1)序列分析表明,该基因的cDNA全长1459bp,包括1188bp的开放阅读框。编码396个氨基酸的多肽,预测分子量为43.921kDa,pI值为5.49。序列比对及聚类分析表明,同源克隆所获得的基因是Raf-like组MAP3K的基因。由于所获得的基因与雷蒙德氏棉的MAP3K40基因具有较高同源性,因此命名为GhMAP3K40。(2)对GhMAP3K40在棉花中表达模式的研究表明,GhMAP3K40转录水平的表达受到非生物胁迫如低温、高盐、干旱、氧化胁迫和机械损伤的诱导;生物胁迫如青枯菌处理后GhMAP3K40的表达量上升;信号分子如水杨酸(Salicylic acid,SA)和植物激素如乙烯(Ethylene,ET)、赤霉素(Gibberellic acid 3,GA3)和茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)也能诱导其表达。这些信号分子和植物的防御反应以及植物的生长发育相关。以上结果暗示了GhMAP3K40在植物自身防卫反应和调节生长发育过程中起到重要作用。(3)超表达GhMAP3K40的转基因烟草植株在萌发期对干旱、高盐的抗性提高;但是在成苗期对于干旱、青枯菌、立枯菌的抗性下降,并且容易受到更严重的氧化损伤,表明GhMAP3K40的超表达影响了转基因植株对不良环境的抗性。另一方面,GhMAP3K40的超表达激活了转基因植株体内的抗性相关基因和抗氧化系统,这项结果显示了GhMAP3K40在植物抵抗不良环境过程中发挥正调控作用。(4)转基因植株与空对照植株相比,具有较弱的根系系统,叶片抵御微生物入侵的能力也较弱,表明GhMAP3K40对于转基因植株的生长发育有负调控作用。GhMAP3K40在细胞内以及棉花植株中的表达部位具有特异性;GhMAP3K40能够被赤霉素剧烈且持续地诱导;正常条件下,转基因植株种子萌发的幼芽长势比对照组差,这些结果均暗示了GhMAP3K40在生长发育过程中的作用。因此,我们推测,GhMAP3K40本身在植物抵抗胁迫过程中起到正调控作用,但是在植物生长发育过程中起到负调控作用,造成转基因植株产生结构缺陷,因此使其呈现出抗性下降的表型。(5)通过酵母双杂交方法,证实所获得的GhMAP3K40与GhMPKK4相互作用,GhMPKK4与GhMPK4相互作用,GhMPK4和GhWRKY10相互作用。通过对GhMPKK4和GhMPK4表达模式的分析,发现这些互作蛋白均可被干旱、SA和ET诱导,推断这些互作蛋白参与到多个生理过程及信号途径中。