棉花种质资源的抗旱性评价及蛋白质组学研究

【作者】 倪志勇； 刘娜； 张海燕； 郭忠军； 刘鹏鹏； 高文伟； 陈全家； 曲延英；

【机构】 新疆农业大学农学院；

【摘要】 【研究背景】棉花是世界性重要的经济作物。随着全球水资源短缺、土壤盐渍化、频繁的极端天气等威胁,以及粮棉争地矛盾的日益突出,对棉花耐逆能力的要求越来越高。严重的非生物胁迫使棉花正常的生长发育受到抑制,导致棉株减产甚至死亡。干旱对植物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位,特别在棉花主产区新疆,干旱仍是限制其产量的主要因素。但由于棉花的抗旱性十分复杂,抗旱机理尚不清楚,这给棉花抗旱育种带来很大困难,目前尚缺乏可以在干旱地大面积推广应用的抗旱品种,因此,研究棉花抗旱机制,发掘抗逆优异基因资源,创制抗逆新材料显得尤为重要和紧迫;【材料与方法】选择37个棉花品种设干旱胁迫和正常灌水2个处理,成熟期考查与抗旱性相关的农艺性状,采用综合抗旱系数与隶属函数相结合的方法,对各品种抗旱性进行分级评价;采用蛋白质组双向电泳技术对干旱胁迫0 h、12 h、24 h、48 h和72 h的抗旱性强的棉花品种"KK1543"叶片,干旱胁迫0 h和24 h的抗旱强的棉花品种"KK1543"和敏旱棉花品种"新陆早26"根进行差异表达蛋白分析;采用遗传学和分子生物学方法对差异表达的蛋白质编码基因GhHSP70-26和GhVHA-A在干旱胁迫应答中的功能进行分析;【结果与分析】根据抗旱性量度值(D值)的聚类结果,将供试棉花品种划分为3个大类,其中1级抗旱型32份,2级3份,3级1份;1级中又分为4个小类,其中强抗2份、抗5份、中抗23份、弱抗2份;在干旱胁迫0 h、12 h、24 h、48 h和72 h的抗旱性强的棉花品种"KK1543"叶片中获得了113个在干旱胁迫下差异表达的蛋白。通过质谱分析鉴定了102个蛋白点,这些蛋白主要参与碳水化合物代谢、光合作用、细胞防御、氨基酸和蛋白质合成、细胞加工、分子伴侣等过程。在干旱胁迫0 h和24 h的抗旱性强的棉花品种"KK1543"和敏旱棉花品种"新陆早26"根中获得了差异表达的蛋白质110个,通过质谱分析鉴定了56个蛋白质,这些蛋白与代谢(46.4%),抗氧化(14.2%),转运和细胞结构(23.2%)相关;在干旱胁迫下,利用VIGS技术沉默Gh HSP70-26或Gh VHA-A的棉花植株与对照植株相比离体叶片水分丧失快、叶片MDA含量和电导率增大,叶绿素含量和总抗氧化物酶活性降低。过表达GhHSP70-26或GhVHA-A的烟草相比野生型存活率高,叶片水分丧失慢,细胞膜受损和受ROS氧化胁迫的伤害程度低;【结论】对37个棉花种质资源进行了综合的抗旱性分级评价,从抗旱性强的棉花品种"KK1543"和敏旱棉花品种"新陆早26"中鉴定了差异表达蛋白,并通过遗传学和分子生物学方法证明GhHSP70和GhVHA-A基因能够提高植物对干旱胁迫的忍耐能力。更多还原