棉花GhBSK1基因功能分析及其与棉纤维发育关系的研究

油菜素内酯(BR)在棉花生长发育中具有重要作用。研究棉花BR信号转导的分子机理对认识棉花生长调节机制和改良棉花纤维品质有着重大的理论和应用意义。我们在棉花中首次分离了拟南芥BSKs同源基因GhBSK1。预测的氨基酸序列与拟南芥BSKs相似性达70%,定位在细胞膜上，过表达GhBSK1基因可以抑制拟南芥BR不敏感突变体bri1-5矮小的表型，说明GhBSK1可能是棉花BR信号转导中的保守组分，参与了BR的信号转导和基因表达调控过程。本项目拟利用遗传、分子和生化手段对GhBSK1的功能和作用机制进行研究，阐明GhBSK1在棉花生长发育中的作用和其介导BR调节基因表达的分子机制。研究结果将会完善对棉花BR信号转导的认识，并探讨通过直接增强BR反应改良棉花纤维的分子手段。建立一种新的利用改变激素信号转导效率进行改良棉纤维的技术和方法。

油菜素甾醇类物质(brassinosteroids, BR)在棉花生长发育中具有重要作用。目前关于棉花BR 信号转导途径及其调节棉花生长发育的分子机理还不是十分清楚。在本研究中，我们克隆了棉花BR信号转导途径中重要组分GhBSK1（BSKs家族基因成员之一）。实验结果表明GhBSK1基因表达受BR、高温的诱导，在棉花的子叶、茎和棉纤维快速伸长期相对表达量较高。GhBSK1定位于细胞膜上，将其预测的膜定位相关位点（Gly-2）突变后，会导致GhBSK1膜定位发生改变并影响其功能。. 利用VIGS方法抑制GhBSK1基因表达，导致棉花植株矮化、叶片变小，纤维变短，对高温胁迫的耐受性降低。BR处理可部分恢复VIGS-GhBSK1棉花植株的耐热性。在拟南芥（Col、bri1-5）中过表达GhBSK1基因，在高温胁迫下可显著增强转基因植物对高温胁迫的抗性。与对照相比，转GhBSK1基因植株表现为生长较快、真叶数目最多、叶柄伸长。这些结果表明GhBSK1可能参与棉花对高温胁迫的响应，在棉花生长发育过程中对高温逆境适应中起到重要作用。为了进一步研究GhBSK1增强棉花耐热性分子机制，利用酵母双杂交系统筛选GhBSK1相互作用蛋白，获得了1个GhBSK1互作蛋白--棉花液泡H+-ATPase（GhY6）并利用BiFC和Pull-down技术对GhBSK1与GhY6的相互作用进一步验证。同样， 利用VIGS方法抑制GhY6基因表达，也会影响棉花植株的正常生长，纤维变短，并降低棉花幼苗对高温胁迫的耐受性；而在拟南芥（Col）中过表达该基因，可显著增强转基因植物对高温胁迫的耐受性。这些结果表明GhBSK1参与棉花对高温胁迫的响应，与GhY6相互作用在棉花生长发育过程中对高温逆境适应中起到重要作用。. 通过对BR与GhBSK1增加植物耐热性的关系的研究，推测BR可能通过增加GhBSK1的表达量，促进其和GhY6互作，调节热激转录因子、热激蛋白以及ROS累计等，从而增加棉花对高温逆境的耐受性。研究结果不但为棉花耐高温育种提供有用的基因资源、为棉花BR信号转导研究积累新的知识，还建立了一套利用改变激素反应进行棉花分子改良方法，培育耐高温逆境的棉花种质资源，最终实现棉花增产优质具有重要的理论意义和应用价值。