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黄萎病(Verticillium wilt)是影响棉花产量和品质的最严重病害之一。一般在3～5片真叶期开始显症,现蕾后田间大量发病,可导致整个植株萎蔫或枯死。主要由大丽轮枝菌和黑白轮枝菌引起。通过克隆抗病相关基因,解析棉花黄萎病抗性机制,进行抗病分子改良,进一步选育棉花抗病品种是防治黄萎病最环保、有效的方法。谷胱甘肽硫转移酶基因是生物体中的多基因家族,通过催化谷胱甘肽与胞质内有害物质结合,而后将该复合物排出体外达到解毒细胞的目的。前期研究结果初步证实陆地棉谷胱甘肽硫转移酶基因参与了棉花对黄萎病的抗性反应。但对海岛棉谷胱甘肽硫转移酶基因家族鉴定及关键直系同源基因在海陆棉种中的抗病功能还需进一步研究。本研究通过对海岛棉GST基因家族成员进行鉴定,包括基因数目鉴定、染色体定位、基因结构分析,解析海岛棉GST基因家族遗传进化机制。对海岛棉D亚组09号染色体上的GbGST1 6930基因进行沉默,初步明确该基因的抗黄萎病功能。并对陆地棉中该基因的直系同源基因GhGST1510进行黄萎病抗性研究,从表型和基因表达等方面解析GhGST1510抗黄萎病分子机制,为棉花抗病遗传改良提供基因资源。主要研究结果如下:1.在海岛棉基因组中鉴定出tau类、DHAR类、Ef1bγ类、Lambda类、MAPEG类、Phi类、TCHQD类、Theta类以及Zeta等九类共123个GST基因,他们定位在除D亚组06号染色体之外的25条染色体上,其中tau类基因数目最多。123个基因中,A亚组含61个,D亚组含62个。海岛棉GST基因共形成14个串联重复组,其中13个由tau类组成。Tau类基因大部分有一个内含子,海岛棉中其他几类GST基因含有2到16个内含子不等。通过海岛棉GST基因家族Circle mapping分析发现在海岛棉A亚组02、09和13号染色体及D亚组02、09和13号染色体上对等分布着6个古老的基因簇,其中大部分为tau类GST基因。特别是海岛棉D亚组09染色体上的 tau 类 cluster(GbarD09G016910、GbarD09G01 6920、GbarD09G016930)保留了完整的三个基因,而陆地棉D亚组该直系同源cluster却正在发生基因丢失,只保留了一个基因GhDt09G1520,A亚组直系同源cluster完整保留。该结果为揭示海陆棉种形成的不同分子基础提供了潜在证据。2.利用VIGS沉默海岛棉抗病品种pima90-53中GbGST16930基因,并进行黄萎病抗性鉴定。结果显示沉默效率为70。黄萎病菌胁迫下,沉默植株病指为46,照植株病指为23,沉默植株病情指数显著增加,表明沉默GbGST1 6930基因能够降低海岛棉的黄萎病抗性。3.从抗病陆地棉品种农大601中克隆获得GbGST1 6930的直系同源基因GhGST1510(MK1 79292)。该基因全长651bp,编码216个氨基酸。基因产物含有两个完整的tau类结构域GST_N_Tau和GST_C_Tau。4.黄萎病菌胁迫下,较野生型拟南芥,超表达35s:GhGST1510拟南芥纯系植株的病情指数显著降低(从82.8降为32.8),表明超表达GhGST1510基因能够增强拟南芥的黄萎病抗性。对GhGST1510进行原核表达分析,得到一条大小约24.6 kda的条带,表明GhGST1510基因能够被诱导表达。亚细胞定位结果显示GhGST1510在烟草的上表皮细胞中细胞膜、细胞核、细胞质中均有荧光,表明GhGST1510蛋白定位在细胞膜、细胞核和细胞质中。构建含有GhGST1510的诱饵载体,经酵母双杂交总共筛选出11个可能与GhGST1510互作的候选蛋白,其中含有4个转录因子蛋白,分别为CIPK3、ABCI19、GATA9以及MYB330。预示着GhGST1510可能参与包括ABA路径以及SA合成等多个抗病路径。综合以上结果,本研究明确了海岛棉中包含123个GST基因,位于D亚组09染色体上的一个tau类cluster经历了与陆地棉不同的进化机制。对其中GbGST16930基因进行沉默,沉默植株降低了黄萎病抗性。对GbGST1 6930基因在陆地棉中的直系同源基因GhGST1510功能研究表明,超表达拟南芥植株对黄萎病抗性增强。GhGST1510在细胞膜、细胞质和细胞核中均有分布。酵母双杂交筛选到1 1个可能与GhGST1510互作的蛋白,涉及ABA路径以及SA合成等多个抗病路径。