陆地棉GhCPR5的克隆及其在抗病中的功能分析

作者：许福春; 赵静若; 张振楠; 胡改元; 龙璐^*

来源：中国农业科学, 2023, 56(19): 3747-3758.

• 棉花
• 抗病蛋白
• 黄萎病菌
• 灰霉病菌
• 基因表达

【目的】通过克隆陆地棉GhCPR5，分析其蛋白结构、表达模式和生物学功能，探究其在棉花响应黄萎病菌与灰霉病菌侵染中的功能和作用机制，为棉花抗病机制研究和育种提供理论基础和候选基因。【方法】根据棉花响应黄萎病菌侵染的转录组数据筛选到GhCPR5，并从陆地棉TM-1中克隆获得GhCPR5的全长编码序列。利用生物信息学技术分析GhCPR5的保守结构域、蛋白结构特征和同源基因的系统进化关系；利用实时荧光定量PCR(qPCR)分析GhCPR5在棉花根、茎、叶、胚珠、纤维、花瓣中的表达模式和黄萎病菌诱导的表达模式；构建病毒诱导的GhCPR5沉默载体TRV:CPR5，利用农杆菌介导的瞬时转化方法创建GhCPR5抑制表达植株，并借助RT-PCR和qPCR技术检测GhCPR5的干涉效率。对TRV:00和TRV:CPR5植株进行黄萎病菌和灰霉病菌接种，观察比较TRV:00和TRV:CPR5植株对病原菌的抗性差异；利用qPCR检测TRV:00和TRV:CPR5植株中防御相关基因的表达量，分析GhCPR5的作用机制。【结果】从陆地棉TM-1中克隆获得GhCPR5，其CDS全长1 683 bp，编码560个氨基酸，蛋白质相对分子量为62.883 kDa，等电点为9.01。多重序列比对和进化树分析显示，GhCPR5与榴莲、可可等物种CPR5同源性较高。此外，GhCPR5与不同物种CPR5的C端蛋白结构高度保守，含有4—5个跨膜结构域。GhCPR5在棉花幼苗真叶中的表达量最高，茎中表达量最低，且其表达受黄萎病菌诱导。在正常条件下，GhCPR5抑制表达植株TRV:CPR5和对照植株TRV:00在发育上无明显差异。但是，接种黄萎病菌后，TRV:CPR5植株对黄萎病菌表现敏感，发病率和病情指数显著高于TRV:00植株。黄萎病菌和灰霉病菌的离体叶片接种和台盼蓝染色结果显示，TRV:CPR5叶片上的病斑面积显著高于TRV:00叶片，说明下调GhCPR5表达降低了棉花对黄萎病菌和灰霉病菌的抗性。此外，GhCPR5抑制植株体内JAZ1表达量显著上升，而PR3、PR4和PR5的表达量显著下降。【结论】GhCPR5正调控棉花抗病性，下调GhCPR5表达可显著降低棉花对黄萎病菌和灰霉病菌的抗性。

• 单位
  河南大学; 生命科学学院; 长治医学院