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陆地棉CPKs基因家族全基因组分析及其耐盐功能鉴定

陆地棉CPKs基因家族全基因组分析及其耐盐功能鉴定

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作者：许福春河南大学

学位级别：硕士

在世界范围内,土壤盐渍化成为限制作物生产的主要环境因素之一。面对盐胁迫的不利环境,植物会产生各种防御机制。与Ca和下游受体钙依赖型蛋白激酶(Calmodulin-dependent protein kinases,CPKs)相关的信号元件在感知与传递外界胁迫信号... 详细信息

在世界范围内,土壤盐渍化成为限制作物生产的主要环境因素之一。面对盐胁迫的不利环境,植物会产生各种防御机制。与Ca和下游受体钙依赖型蛋白激酶(Calmodulin-dependent protein kinases,CPKs)相关的信号元件在感知与传递外界胁迫信号过程中扮演着重要角色。近年来,一些CPKs被报道在植物响应盐胁迫反应中起重要作用。然而,棉花中关于CPKs的研究很少,它们是否也在响应盐胁迫方面发挥功能有待证明。我们以拟南芥、水稻、玉米和葡萄中的CPKs序列为参考并建立HMM模型(Hidden Markov模型),比对筛选异源四倍体棉花TM-1(Gossypium hirsutum L.‘TM-1’)基因组数据库(AADD基因组)。筛选得到的可能的CPKs的蛋白序列进一步通过Pfam和SMART分析它们的蛋白结构,最后确定同时具有丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和CaM-LD结构域的蛋白为棉花CPKs蛋白。最终从陆地棉TM-1(Gossypium hirsutum L.‘TM-1’)中鉴定出98个CPKs蛋白,系统进化树分析结果表明可以将它们分成4类。基因家族结构分析与基因在染色体上的分布结果表明基因复制事件对棉花CPKs家族成员数量有着重要影响。转录组数据分析结果表明CPKs在棉花不同组织与器官中均有表达,其中超过一半的成员在14个棉花组织中低水平表达,大约25%的CPKs在大多数组织中高量表达。我们根据CPKs在盐胁迫不同时间下的诱导表达模式筛选到19个快速响应盐胁迫的CPKs,其中大部分基因同时受乙烯利诱导表达,暗示在棉花中盐胁迫响应信号途径与乙烯信号途径之间存在一定的交叉重叠关系。利用VIGS技术将其中4个CPKs(GhCPK8、GhCPK38、GhCPK54和GhCPK55)沉默后,可显著降低棉花的耐盐能力。我们的分析结果表明CPKs基因可能参与棉花的多种发育过程和非生物胁迫响应过程。其中一些CPKs参与棉花响应盐胁迫早期阶段的信号事件。本课题的研究为深入理解棉花CPKs功能,尤其是CPKs在棉花耐盐调节过程中发挥的功能提供了科学的理论基础,也为棉花耐盐育种提供了大量候选基因。

关键词：钙依赖型蛋白激酶陆地棉全基因组鉴定转录组病毒诱导的基因沉默

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