亞洲棉NCED3基因克隆及其抗旱功能分析

蔡 肖 王海濤 李興河 甄軍波 劉琳琳 劉 迪 遲吉娜 張建宏

(河北省農林科學院棉花研究所/農業農村部黃淮海半干旱棉花生物學與遺傳育種重點實驗室/國家棉花改良中心河北分中心，河北 石家莊 050051)

棉花(Gossypiumarboreum)是我國重要的經濟作物之一。在全國水資源形勢異常嚴峻的情況下，提高棉花的耐旱能力，利用好我國廣大的干旱、半干旱土地，對保持棉花產業可持續發展、保障我國糧食安全具有重要意義[1]。植物抗旱反應涉及多種抗旱機制和信號傳導途徑，分子機理復雜[2]。研究表明，一些編碼保護蛋白的基因(滲透調節和氧化還原相關酶、轉運蛋白等)、干旱響應信號分子[鈣離子信號、脫落酸(abscisic acid, ABA)信號和蛋白激酶等]和干旱相關轉錄因子[MYB(V-myb avian myelobastosis viral oncogene homolog)、WRKY、NAC(NAM、ATAF and Cuc)、亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper, bZIP)和乙烯響應因子(ethylene-responsive factor, ERF)等]等通過信號感知、生理反應和逆境相關基因響應及表達調控等一系列細胞和分子信號調節防御機制來提高植物的耐旱能力[3-5]。雖然棉花抗旱相關基因挖掘研究已取得了一定進展[6-8]，但基因數量仍非常有限，因此深入挖掘干旱相關功能基因，并解析其作用機制，對于創制棉花抗旱種質資源具有重要意義。

9-順式-環氧類胡蘿卜素雙加氧酶(9-cis-epoxy carotenoid dioxygenase，NCED)是ABA合成過程中的關鍵限速酶，被證實廣泛參與植物生長發育進程及對非生物脅迫的應答[9-11]。植物中NCED基因多以基因家族的形式存在。擬南芥(Arabidopsisthaliana)中共鑒定出5個NCED基因(NCED2、NCED3、NCED5、NCED6和NCED9)[12-13]。隨后許多高等植物如水稻(Oryzasativa)[14]、煙草(Nicotianatabacum)[15]、番茄(Solanumlycopersicum)[16]、谷子(Setariaitalica)[17]、蘋果(Malusdomestica)[18]、草莓(Fragariavesca)[19]、葡萄(Vitisvinifera)[20]、甘蔗(Saccharum)[21]和毛竹(Phyllostachysedulis)[22]等的NCED基因也受到了研究者們的關注。……