棉花GhPHOT1和GhPHOT2基因的克隆及功能鑒定.pdf

1、棉花是喜光喜溫的植物，在世界各地都有種植。光照是棉花正常生長(zhǎng)不可缺少的重要因素之一，對(duì)棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大的影響。目前對(duì)棉花和光照關(guān)系的研究，主要集中在光照時(shí)間和光照強(qiáng)度對(duì)棉花的影響，以及不同光質(zhì)如紅光和藍(lán)光等對(duì)棉花產(chǎn)量的影響，但有關(guān)棉花光受體的研究還未見(jiàn)報(bào)道。已有研究證明參與向光性的受體主要是向光素、隱花色素和光敏色素。向光素是一種常見(jiàn)的光信號(hào)受體，參與藍(lán)光誘導(dǎo)下植物的向光反應(yīng)、氣孔開(kāi)放和葉綠體運(yùn)動(dòng)等諸多反應(yīng)。目前在苔蘚、擬南芥和

2、玉米等植物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了兩種藍(lán)光受體，分別為PHOT1和PHOT2。PHOT1和PHOT2的C末端含有Ser/Thr蛋白激酶區(qū)域，N端含有與黃素單核苷酸結(jié)合的兩個(gè)區(qū)域。PHOT1在弱光下具有捕光的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)葉綠體聚光運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)光合作用效率；PHOT1和PHOT2在強(qiáng)光下具有避光的作用，通過(guò)葉綠體避光運(yùn)動(dòng)和調(diào)節(jié)葉片伸張度減少?gòu)?qiáng)光對(duì)植物的危害。最新研究表明，PHOT2參與植物抗旱過(guò)程，通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)度等一系列反應(yīng)增強(qiáng)植物的抗旱性。
　

3、　本研究以擬南芥AtPHOT1和AtPHOT2蛋白序列作為探針，在Phytozome網(wǎng)站對(duì)雷蒙德氏棉的蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行序列同源性比對(duì)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)同源度分別為73.9％和72.4%兩個(gè)基因，基因編號(hào)分別為Gorai.003G139300和Gorai.008G012600。通過(guò)同源性比對(duì)發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)基因與可可中的PHOT1和PHOT2為同源基因；蛋白結(jié)構(gòu)分析表明，二者都有向光素蛋白的典型結(jié)構(gòu)，既C端為Ser/Thr蛋白激酶區(qū)，N端含兩個(gè)PAS結(jié)

4、構(gòu)域；KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)顯示這兩個(gè)基因?yàn)槊藁≒HOT1和PHOT2基因，并命名為GhPHOT1、GhPHOT2。分別在擬南芥和棉花中驗(yàn)證GhPHOT1和GhPHOT2基因的功能。首先將構(gòu)建好的棉花GhPHOT2基因的超表達(dá)載體，通過(guò)農(nóng)桿菌侵染法侵染擬南芥phot1phot2雙突變體以及phot2單突變體植株，鑒定并篩選出陽(yáng)性苗，葉片表型回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)證明，與對(duì)照植株相比，phot1phot2-GhPHOT2雙突變體陽(yáng)性植株葉片表型得到回補(bǔ)；在10

5、0μmol.m-2.s-1強(qiáng)藍(lán)光下，以擬南芥phot1phot2-GhPHOT2和phot2-GhPHOT2陽(yáng)性植株葉片為材料，通過(guò)小孔透射、葉綠體運(yùn)動(dòng)和氣孔開(kāi)度實(shí)驗(yàn)，證明GhPHOT2基因參與調(diào)節(jié)葉綠體的避光運(yùn)動(dòng)和氣孔開(kāi)度；亞細(xì)胞定位表明GhPHOT2蛋白定位在細(xì)胞膜或細(xì)胞壁上，這與擬南芥中 AtPHOT2的亞細(xì)胞定位情況是相符的。為進(jìn)一步驗(yàn)證 GhPHOT1和GhPHOT2基因的功能，我們通過(guò) VIGS技術(shù)使棉花植株內(nèi)源向光素基因沉