钾是植物生长发育所必需的矿质元素,它参与了植物生长发育过程中许多重要的生理生化反应。在农作物生产中,土壤环境缺钾会使作物产量和品质均受到显著影响。棉花在国民经济中占有非常重要的地位,它是一种重要的战略物资和经济作物,但它也是一种喜钾作物,比其他农作物更容易缺钾。本论文工作通过克隆棉花钾吸收相关基因并研究这些基因的功能,探讨棉花响应低钾胁迫的分子生理机制,并期望可以为通过基因工程手段来改良棉花耐低钾能力提供新的科学依据。与拟南芥、水稻等传统模式植物相比,棉花钾吸收相关基因的鉴定和抗逆机制的研究还比较少。本文从钾高效基因型辽棉17中克隆了两种钾离子吸收相关基因,钾通道基因(GhAKT1)和钾转运体基因(GhKT2),并对其进行了深入的研究。主要结果如下：1.利用RT-PCR和RACE方法从辽棉17中分离了钾通道蛋白基因(GhAKT1) cDNA全序列(GenBank accession no. KF294166)。 GhAKT1基因cDNA含有一个长度为2628bp、编码875个氨基酸的完整ORF,此外还含有130bp的5’端非编码区、280bp的3’端非编码区。多序列比对显示GhAKT1基因蛋白序列与其他同源基因具有很高的相似性；氨基酸序列分析显示,GhAKT1包含有所有Shaker内向钾离子通道所具有的结构特性,其中,含有S1-S6六个跨膜区,在S5和S6之间具有高度保守的K+离子传导孔区(P结构域),另外还含有五个重复的锚蛋白区(A1-A5)和1个核苷酸结合域(cNMP)。2.构建了GhAKT1-GFP表达载体,通过对转基因拟南芥稳定表达材料分析,表明GhAKT1定位于细胞膜上。3.利用Real-Time PCR的方法对GhAKT1的组织特异性表达进行分析,结果表明GhAKT1在三叶期的棉花根、茎、叶和顶芽等各部位均有表达,但在第二真叶中的表达量最大。分离出约2180bp的GhAKT1启动子片段,构建pBGWFS7,0-GhAKT1启动子重组载体并转化拟南芥,GUS组织化学染色结果显示,GhAKT1主要在地上部的叶肉细胞和叶脉、及主根和侧根的成熟区表达,根毛中也有表达。另外,根横切面观察显示,GhAKT1主要分布于外皮层,表皮和内皮层相对较少。4.通过农杆菌介导的基因转化方法获得转GhAKT1基因拟南芥,表型鉴定实验结果表明,不管在正常培养基还是低钾(0.03mM) MS培养基上,过表达GhAKTl基因的拟南芥长势明显加强；生物量和钾积累量都有一定程度的提高；转基因拟南芥在50-100μM K+胁迫条件下,发芽率明显高于对照；应用非损伤性离子微测技术(NMT)测定根尖部位的K+流速,发现GhAKTl基因的导入显著提高了拟南芥根尖的K+内流速率。此外,GhAKTl在高亲和性钾吸收系统内介导钾的吸收,并且受钾离子通道抑制剂BaCl2的调控。。5.利用RT-PCR和RACE方法从辽棉17中分离得到钾转运蛋白基因(GhKT2) cDNA全序列(GenBank accession no. KF658191)。GhKT2基因含有一个长度为2379bp、编码792个氨基酸的完整ORF,还含有171bp的5’端非编码序列、208bp的3’端非编码序列,其蛋白序列含有KUP/HAK/KT钾转运体家族的特征序列GVVYGDLSTSPLY,疏水性分析显示该编码蛋白具有11个跨膜结构域。6.构建了GhKT2-GFP表达载体,通过对转基因拟南芥稳定表达材料分析,表明GhKT2定位于细胞膜上。7.利用Real-Time PCR的方法对GhKT2的组织特异性表达进行分析,结果表明GhKT2在三叶期棉花根、茎、叶和顶芽等各部位均有表达,但在叶中的表达量较大,并且其转录表达受到低钾(0.03mM)胁迫的诱导。分离得到了约2800bp长度的GhKT2启动子片段,构建pBGWFS7,0-GhKT2启动子重组载体并转化拟南芥,GUS组织化学染色结果显示,GhKT2主要在叶肉细胞、叶脉和主根及侧根的成熟区表达,根毛中也有表达。8.通过农杆菌介导的基因转化方法获得转GhKT2基因拟南芥,表型鉴定实验结果表明,无论是在正常培养基还是低钾(100μM)MS培养基上,过表达GhKT2基因的拟南芥长势得到加强；生物量和钾积累量都有一定程度的提高。另外,通过非损伤性离子微测技术获得的数据分析表明,GhKT2基因的导入明显增加了拟南芥在低钾条件下K+的内流速度。