棉花是重要的经济作物,盐胁迫和干旱胁迫严重的制约棉花的产量和纤维质量。DNA甲基化和去甲基化是最早发现的表观遗传修饰途径之一,是一种稳定但可逆的表观遗传标记。DNA主动去甲基化需要DNA去甲基化酶的催化和维持,DNA去甲基化酶在植物的生长发育及生物胁迫和非生物胁迫过程中发挥着重要的作用,因此研究DNA去甲基化酶基因在棉花盐胁迫和干旱胁迫中的作用,可为棉花的抗逆育种提供新参考。本研究在全基因组水平上对棉花中DNA去甲基化酶基因家族成员进行鉴定,克隆了陆地棉中编码DNA去甲基化酶的GhDME3基因,分析了GhDME3基因的表达特性及在胁迫条件下的生物学功能。1.利用生物信息学的方法,在陆地棉中鉴定了10个DNA去甲基化酶基因家族成员,命名为GhDME1-GhDME10。基因结构和系统进化发育分析表明,陆地棉中DNA去甲基化酶基因家族被分为ROS1、DME、DML2和DML3四个亚族,并且同一亚族中的基因具有相似的外显子和内含子数。转录组数据分析表明,DNA去甲基化酶基因家族各成员在不同的组织器官中表达量不同,在叶片中的表达量最高。冷胁迫、热胁迫、盐胁迫和干旱胁迫均诱导DNA去甲基化酶基因表达,GhDME3和GhDME4基因在四种胁迫下表达量相对较高,GhDME9和GhDME10基因受到四种胁迫时表达量相对较低。2.陆地棉DNA去甲基化酶GhDME3基因位于A04染色体上,cDNA长度为5673bp,编码氨基酸长度1890 aa,编码蛋白质分子质量210435.4Da,理论等电点6.515,亚细胞定位于细胞核中,且不具有跨膜结构域。GhDME3基因蛋白质二级结构预测显示含有α螺旋(29.37%),β-转角(2.75%),无规则卷曲(57.41%),延伸链(10.48%)。3.以陆地棉品种山农SF06为材料,选择根、茎、子叶、下胚轴等组织器官以及经过盐处理和干旱处理不同时期的棉花叶片,进行总RNA的提取,反转录成cDNA为模板。利用qRT-PCR技术,分析不同组织器官中DNA去甲基化酶基因的表达水平,发现GhDME3基因在叶中优势表达,在盐处理和干旱处理过程中,随着处理时间的增加,GhDME3基因的表达量增加,推测可能与盐胁迫和干旱胁迫有关。4.利用病毒介导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术,使用烟草脆裂病毒载体pTRV,成功建立了陆地棉中GhDME3基因的pTRV:GhDME3沉默体系。通过qRT-PCR技术检测到沉默GhDME3基因后棉花叶片中基因表达量降低。对沉默GhDME3基因和对照的植株进行盐胁迫处理和干旱处理后,发现沉默GhDME3基因棉花植株对盐和干旱的耐受性降低,由此推测,降低GhDME3基因的表达使棉花对盐胁迫和干旱胁迫的敏感性增加。5.利用过表达载体pRI201-AN-GUS,成功构建了GhDME3基因重组质粒pRI201-AN-GhDME3-GUS,采用蘸花法转入哥伦比亚野生型拟南芥中,获得过表达GhDME3基因的阳性转基因拟南芥。测定不同盐浓度和干旱条件下的阳性转基因植株的种子萌发率以及根长,结果发现过表达GhDME3基因增强了拟南芥对盐胁迫和干旱胁迫的抗性,初步证明过表达GhDME3基因可能提高拟南芥的抗旱、耐盐能力。