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油菜素内酯(brassinosteroids,BRs)作为第六大植物激素,在植物生长发育过程中起着关键作用。BR影响植物的株型,花期,种子大小,育性,光形态建成,胁迫应答等。持续光形态建成与矮化基因(constitutive photomorphogenesis and dwarf,CPD)是BR合成中的关键限速酶,作为C3氧化酶参与BR合成。目前该基因功能与表达模式在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)中已有相关研究,棉花中相关CPD基因相关研究尚未报道。本文为研究棉花中CPD基因表达模式和验证其功能,首次从亚洲棉(Gossypium arboreum L.)中克隆到了与拟南芥CPD同源的两个细胞色素P450单加氧化酶基因GaCPD1,GaCPD2,构建植物过表达载体。通过转基因技术把这些载体导入野生型拟南芥及对应突变体中,获得转基因株系,通过形态学,分子学进行分析比较,结果如下:一、采用RT-PCR方法首次从亚洲棉石系亚1号中克隆到了与拟南芥CPD同源的两个细胞色素P450单加氧化酶基因GaCPD1,GaCPD2(GenBank登录号:KJ183066,KJ183108),通过生物信息学分析表明:1) GaCPD1,GaCPD2基因CDS序列长度分别为1419bp和1413bp,分别编码471个氨基酸和470个氨基酸,两者氨基酸序列一致性为84%;2) GaCPD1,GaCPD2理论相对分子质量分别为117.88kD,53.98kD,理论等电点分别为5.01,9.40,主要由α-螺旋,β-折叠,延伸链和无规则卷曲组成。3)信号肽预测分析表明GaCPD1有一个信号肽,GaCPD2有两个信号肽,均可能为细胞膜内蛋白。4) GaCPD1和GaCPD2编码的蛋白质和拟南芥CPD分别有79%,84%的氨基酸一致性,具有共同保守结构域。二、利用Real-Time qRT-PCR法分析了亚洲棉不同组织器官中GaCPD1和GaCPD2表达水平,结果显示:1) GaCPD1和GaCPD2在棉花根茎叶花,纤维中均有表达,开花后第10天的纤维中表达量最高,是0DPA的10倍左右。2) GaCPD2在棉花中的表达量高于GaCPD1表达量。三、构建35S::GaCPD1,35S::GaCPD2分别导入拟南芥突变体cpd91,分别得到3(R-G1-L1/2/3),3(R-G2-L1/2/3)个转基因株系。对有代表性的转基因株系的形态学,遗传性研究显示:1)35S::GaCPD转基因株系有完全恢复或者部分恢复突变体表型。完全恢复株系代表R-G1-L1,R-G2-L1,与拟南芥突变体比较,根变长,莲座叶完全展开,颜色变浅,植株个体增大,花期提前,育性提高,叶长增加,叶柄伸长,叶宽增加,叶面积增大,果荚增长,果荚数量增多;部分恢复株系代表R-G1-L2,与拟南芥野生型比较,莲座叶呈椭圆形,株高,叶长,叶宽,叶面积,根长,果荚长度均低于野生型,高于突变体cpd91。2)在光照条件下,35S::GaCPD转基因株系与同期的突变体cpd91比较,下胚轴伸长,根伸长;黑暗条件下35S::GaCPD转基因株系与同期的突变体cpd91比较,子叶闭合,顶端有弯钩。四、构建35S::GaCPD1,35S::GaCPD2和GaCPD1::GUS,GaCPD2::GUS分别导入野生型拟南芥,分别得到6个(OX-G1-L1-6),7个(OX-G2-L1-7),6个(GaCPD1::GUS),8个(GaCPD2::GUS)转基因株系。对有代表性的转基因株系的形态学,遗传性研究显示:1) OX-G2-L2与野生型拟南芥相比,叶宽,叶面积,株高增加;OX-G2-L1的叶柄长,叶长,叶宽及叶面积均与与野生型拟南芥基本持平; OX-G2-L1各观察指标低于野生型拟南芥,存在共抑制现象。2) GaCPD::GUS染色结果表明基因在GaCPD幼苗期的根部和子叶中的表达量较高。