细胞壁松弛蛋白GhEXL调节棉花抗旱的的分子机理研究

干旱是影响棉花生产的重要非生物逆境因素之一。膨胀素是一类细胞壁松弛蛋白，它在逆境条件下通过促使细胞壁扩展来提高植物对逆境的适应性，然而膨胀素调节干旱胁迫下植物生长发育的分子机制尚不清楚。前期本实验室从棉花原生质体再生细胞壁的差减文库中分离得到2个类膨胀素（EXL）基因，获得其全长cDNA、基因组DNA序列和启动子序列。RT-PCR分析表明这两个基因在棉花原生质体细胞壁重建和干旱胁迫下优势表达。本项目中，我们拟在棉花中抑制和过量表达EXL基因，比较正常条件下和干旱胁迫下转基因与非转基因植株或细胞系中细胞壁物质的含量和结构的变化情况、生理生化指标及植物的生长状况，同时通过融合表达载体研究其亚细胞定位，再结合启动子的表达特性及调控机制来综合阐释EXL在干旱胁迫下调节植物细胞壁伸展及抗旱的分子机制，为棉花的抗旱育种提供候选基因及理论依据。

虽然棉花对逆境具有较强的适应性，但干旱仍然是影响棉花生产的重要非生物逆境因素之一，膨胀素（EXPs）是一类细胞壁松弛蛋白，参与许多植物生长发育过程的调控，且对淹水、光照、盐和激素等处理产生反应。目前，研究者对EXPAs和EXPBs两个亚家族功能的研究较多，并取得了较大的进展，但关于植物类膨胀素基因的研究较少。通过对陆地棉细胞壁类膨胀素基因的研究，可能解决棉花生产中遇到了各种生物胁迫和非生物胁迫等问题。基于前期从棉花原生质体再生细胞壁的差减文库中分离到4个类膨胀素（GhEXLs）基因， RT-PCR表明这四个基因在棉花原生质体细胞壁重建过程中、盐处理、ABA处理、PEG模拟的干旱胁迫下差异表达。我们获得四个基因的全长cDNA、基因组DNA序列，在棉花中抑制和过量表达四个GhEXLs基因，其中GhEXLA1、GhEXLA2、GhEXLB1转基因再生的效率较低，仅得到一些转基因胚性愈伤细胞系，转GhEXLB1基因甚至都无法得到再生愈伤细胞系；研究表明，超表达GhEXLA1表现增强愈伤组织对干旱的耐受性，而干涉表达GhEXLA1的单细胞系容易褐化死亡。其中GhEXLB2得到较多转基因株系，超表达GhEXLB2植株叶脉薄壁组织细胞细胞膨大，对GhEXLB2转基因材料在萌发期、苗期和成株期干旱处理研究表明，超表达GhEXLB2增强转基因棉花的抗旱性。