棉花叶片衰老是一个世界性的问题,它严重地影响了棉纤维的产量和品质,因此开展棉花叶片衰老机制的研究,对于延缓叶片早衰、提高纤维产量和品质具有重要的理论和实践意义。本研究围绕棉花叶片衰老这一现实问题,主要开展了两个方面的研究,一是NO在棉花叶片衰老过程中的调控机理,二是衰老相关基因Gh UGT基因家族的研究,主要结论如下:(1)以早熟早衰的品种中棉所10号为材料,在温室条件下观察并测定了棉花子叶衰老过程中的生理生化指标以及NO含量的变化。结果表明,在子叶发育过程中,叶绿素含量呈现先递增再递减的趋势,在15天时达到最大值;可溶性蛋白含量在幼嫩叶片中最高,并随着叶龄的增加逐渐降低;MDA的含量则是在幼嫩叶片中最低,随着叶龄的增加逐渐升高。通过DAF-2DA荧光探针原位定位和硝酸还原酶法2种方法检测了NO的含量,NO的含量随着子叶的发育表现为先下降后上升的趋势,并且在15天达到最低值,预示着NO可能在叶片的发育过程中,尤其是叶片衰老的过程中起到了一定的作用。(2)通过不同的途径获得了3个参与NO合成或降解的基因,即中棉所10号中克隆而来的Gh NR1、大鼠神经NO合酶基因n NOS和细菌NO降解酶基因NOD。将这三个基因连入植物表达载体,进行了棉花的遗传转化。目前NOD、Gh NR1和n NOS 3个基因分别有43、23和2个成活的株系,其中,NOD-60-7已收获了T0代的种子。旨在通过遗传学手段进一步明确NO在棉花在叶片衰老进程中的作用以及NO影响的下游信号网络。(3)通过转录组和蛋白质组学水平的测序技术,即数字化表达谱DGE和i TRAQ定量蛋白质组学,筛选棉花叶片响应NO的下游基因和蛋白。通过DGE一共鉴定了2815个差异基因,它们参与了植物的多种生理过程,并且许多基因也在其它植物物种中被发现参与了NO响应的下游信号,如WRKY转录因子、ABC转运蛋白、乙烯响应蛋白和其受体、NAC转录因子等。通过i TRAQ一共鉴定到了401个差异蛋白,参与的信号通路主要有光合作用、核糖体代谢、硫辛酸代谢等。其中光合作用和核糖体代谢是两个重要的显著富集的信号通路。这些信息还有待于进一步挖掘,找到最为有用的功能基因或相关蛋白,深入研究NO对叶片衰老的作用。(4)从雷蒙德氏棉、亚洲棉和陆地棉中分别鉴定了142个Gr UGTs、146个Ga UGTs和196个Gh UGTs。对植物UGT家族特有的PSPG模体进行了验证。分析了三个物种的系统发育关系,雷蒙德氏棉和亚洲棉中的UGT序列可以分为16个系统发育组(A-P),而陆地棉中的UGT序列由于缺少group C,所以只有15个系统发育组,group C的缺失在高等植物中首次发现。对它们进行了染色体定位分析,所有的UGT序列分散在各条染色体上并且呈簇状排列,每一簇的ORF方向大多一致。根据内含子定位的结果在雷蒙德氏棉和亚洲棉中的UGT中鉴定了两个保守的内含子(intron A和B),而陆地棉中的UGT只含有一个保守内含子(intron A)。最后,鉴定了22个在叶片衰老过程中和19个在纤维发育的起始阶段差异表达的Gh UGTs,结果说明UGT家族基因在陆地棉叶片衰老和纤维发育两个重要的过程中都起作用。(5)克隆了一个UGT家族基因,即Gh UGT85O1,对其结构特点、氨基酸序列,以及与该基因家族的其它成员的系统发育关系进行了分析。对其进行表达模式的分析,该基因在衰老叶片中优势表达,并且受到ABA、JA、和PEG的诱导,表明其可能参与了植物的衰老与抗逆过程。转基因拟南芥的结果表明:该基因能够调控拟南芥开花以及衰老进程。最后预测了该基因上游启动子区域的三个关键调控元件,即ARE、W box、和TGA元件。该基因可以作为衰老标志基因或为抗早衰的转基因棉花提供衰老特异的启动子。