库源失调与棉花早衰的关系及其机理

早衰是当前棉花生产，特别是抗虫棉生产中存在的突出问题，通常与库源不协调有关。为揭示库源失调与棉花早衰的关系及其机理，本选题拟通过选用不同棉花基因型（库源比不同），以及环割和嫁接（库源比不同的基因型之间相互嫁接）等方法，创造在关键生育阶段源库协调性各异的实验系统。在观察不同库源系统早衰表现的基础上，重点测定各库源系统的叶面积载荷量、光合与叶绿素荧光参数、内源激素（CTKs、ABA）等的变化特征，在生理生化层次上揭示库源失调引起棉花早衰的机理。在此基础上，以鲁棉研22号及其早衰突变体ZS40为材料，做基因表达谱分析并根据已有的棉花EST数据用生物信息学方法寻找棉花衰老和早衰相关基因；同时采用实时定量PCR和Northern杂交方法检测IPT、NCED、ACS、ACO、CSD、rbcl、PEPC、sid和See1等衰老相关基因在不同库源系统中的表达情况，在分子水平上进一步揭示棉花早衰的机理。

早衰是当前棉花生产，特别是抗虫棉生产中存在的突出问题，可能与库源不协调有关，但缺少直接的证据。为揭示库源失调与棉花早衰的关系及其机理，本课题选用不同棉花基因型（库源比不同的早衰型棉花品系K1和晚衰型棉花品系K2），利用环割和嫁接（不同基因型之间相互嫁接）等方法，创造源库协调性各异的实验系统,观察不同库源系统早衰表现；测定各库源系统的叶面积载荷量、光合与叶绿素含量、内源激素等的变化特征；并以K1和K2为材料，做基因表达谱分析。结果发现，库源比例大易早衰，库源比例小则易贪青晚熟，根冠比例不协调也是早衰的重要原因。棉花主茎环割降低棉花根系干重、根/冠比和籽棉产量。与对照相比，主茎环割显著降低了主茎叶的光合速率、叶绿素含量，但显著增加了MDA含量，说明主茎环割加速了棉花叶片衰老。与对照相比，主茎环割显著降低了叶片细胞分裂素含量，但增加了叶片ABA含量，说明环割主茎导致棉花衰老加速可能是由于细胞分裂素的降低和ABA的增加导致的。通过将K1与K2自身嫁接和相互嫁接，发现将K1嫁接到K2上，则K1主茎叶的叶绿素含量和光合速率高于对照，但MDA含量低于对照，延缓叶片的衰老；反之， K2嫁接到K1上，则K2主茎叶的叶绿素含量和光合速率低于对照，但MDA高于对照，叶片衰老加速。K1嫁接到K2上，K1主茎叶和木质部伤流液中的细胞分裂素高于对照，但主茎叶和木质部伤流液中的ABA低于对照；相反K2嫁接到K1上，K2主茎叶和木质部伤流液中的细胞分裂素低于对照，但主茎叶和木质部伤流液中的ABA高于对照，说明不同基因型棉花衰老不同可能是由于根系来源的细胞分裂素和ABA不同导致的。选取播种后110天K1及K2叶片做基因表达谱分析发现：与K2相比，在K1中上调表达的基因有1132个，下调的基因有455个。与K2相比，光合作用、碳同化和生物大分子合成相关基因在K1中大都下调表达，但蛋白、核酸和脂肪降解以及养分循环利用相关基因在K1中大都上调表达。差异表达基因中有51个激素相关和52个转录因子基因。与K2相比，11个NAC和8个WRKY转录因子基因在K1中都是上调表达，说明激素相关基因和转录因子，特别是NAC和WRKY可能在K1的早衰中起着重要的作用。基因型不同导致的衰老差异可能是由于大量基因差异表达，特别是激素相关基因和转录因子基因的差异表达引起的。