GhIPCS1在棉花抗盐胁迫中的功能分析

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棉花是我国重要的作物之一,在我国国民经济中具有重要地位。我国棉花生产向西北内陆转移,高盐等逆境胁迫严重损害棉花的品质和产量。因此,了解棉花对盐胁迫的适应机制,培育耐盐棉花种质,将为我国棉产业的可持续发展提供保障,具有重要的理论意义和应用价值。鞘脂是植物膜的重要结构成分和活性信号分子,在植物生长发育和应对非生物和生物胁迫中具有重要作用,但鞘脂在棉花非生物胁迫中的功能和调控机制仍不清楚。本研究利用鞘脂组学、生物信息学、分子生物学、遗传学以及VIGS等技术,阐明了陆地棉根中鞘脂的种类和含量以及盐处理前后鞘脂的变化,解析了GhIPCS1基因的功能和调控棉花耐盐性的机制,为揭示棉花响应盐胁迫提供了理论基础。主要结果如下:1.分析了棉花根中的鞘脂组成和含量陆地棉根中含11类(118种)鞘脂,其中,IPC种类最多(42种),S1P种类最少(1种)。根中Phyto Sph、Phyto Cer、Phyto Cer-OHFA、IPC和GIPC含量较高,而t-S1P、S1P、Sph、Cer、Glu Cer和Phyto-Glu Cer含量较低。2.分析了盐胁迫下棉花根中鞘脂的变化通过300 mM NaCl处理棉花幼苗并分析了处理后6 h、12 h和24 h的鞘脂成分和含量变化。表明盐胁迫导致根中鞘脂组分和含量发生改变,IPC等鞘脂在盐处理后显著上调。3.对GhIPCSs进行生物信息学分析、克隆以及表达分析陆地棉基因组中包含8个IPC合成酶基因(GhIPCS1~8),不同基因具有不同的时空表达模式且受盐胁迫诱导。GhIPCS与IPUT1的亚细胞定位一致,定位于高尔基体。4.通过转基因拟南芥分析GhIPCS1的功能为了分析GhIPCS1的功能,将GhIPCS1在拟南芥中异位表达。在正常情况下,相较于对照,转基因拟南芥的叶片和叶柄变短,叶片变圆,表皮细胞更小,说明GhIPCS1的异源表达影响了拟南芥的生长。此外,在100和150 mM NaCl处理下,转基因拟南芥的萌发率显著低于对照并且初生根长度相较于对照显著变短。在300 m M Na Cl处理下,转基因植株的枯萎程度增加,H2O2含量更高,POD和SOD含量更低。转基因植株的鞘脂组分含量发生明显改变。表明GhIPCS1的异源表达增加了IPC的含量,以及萌发期和苗期对盐胁迫的敏感性。与此同时,At ABF4、At ABI1、At PER64和At Phi-1在转基因植株中的表达显著低于对照,表明GhIPCS1通过下调ROS途径和ABA途径逆境反应基因的转录,参与了盐胁迫反应。5.通过VIGS分析GhIPCS1的功能为了探究GhIPCS1的功能,利用VIGS技术,将TM-1中的GhIPCS1基因的表达下调。在300 m M Na Cl处理下,与TRV:00相比,TRV:GhIPCS1植株的枯萎程度更深,根更短,叶片失水率更高。因此,我们推测抑制GhIPCS1的表达降低棉花的耐盐性。
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