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植物通过复杂而精细的调控网络感知外界的各种环境变化,激活相关信号路径,抵御逆境胁迫,但同时往往伴随着生长发育进程的改变并影响产量。由于基因调控网络的复杂性,部分基因位于多个信号路径的交叉点形成枢纽基因,并在多个信号转导中具有不同的功能从而形成一因多效。系统研究多效基因在各种逆境胁迫应答中的具体功能及其对生长发育的影响对于未来鉴定作物广谱抗逆调控因子具有重要作用。本研究通过生物信息学相关手段筛选出一批棉花响应多逆境的重要候选基因,并对其中三个基因进行了功能鉴定。取得的主要结果如下:1.利用STIFDB和GENEVESTIGATOR V3等数据库,筛选出826个拟南芥广谱响应逆境的调节因子。通过同源序列法进一步分离筛选出38个棉花广谱响应逆境的候选基因。对该38个棉花候选基因在盐胁迫、冷胁迫以及ABA处理下的表达模式进行了分析,有37个基因至少对一种处理有响应。为了进一步验证该策略的可靠性,我们选择其中三个基因(GhATAF1、GhJAZ2、GhHB12)进行了系统的功能研究。2.研究发现GhATAF1编码一个有自激活活性的NAC转录因子,不仅受到ABA、盐胁迫和冷胁迫等非生物胁迫的诱导表达,还强烈受到MeJA、SA和棉花黄萎病菌V991的诱导表达,正调控棉花的耐盐性,同时负调控棉花对黄萎病菌的抗性。GhATAF1能通过激活棉花钾离子/钠离子共转运子GhHKT1的表达,同时还能激活ABA信号关键应答基因GhABI4,液泡氢离子-焦磷酸磷酸酶GhAVP1,晚期胚胎丰富蛋白GhLEA3,GhLEA6,干旱应答基因GhRD22和GhDREB2A的表达,减少棉花组织钠离子的积累,减轻细胞的损伤,从而提高棉花的耐盐性;此外我们发现GhATAF1能够激活棉花水杨酸信号路径,同时抑制茉莉酸信号路径,最终削弱棉花对大丽轮枝菌和灰霉菌的抗性。3.研究发现GhJAZ2基因同时受到ABA、MeJA、SA、盐胁迫、冷胁迫以及大丽轮枝菌V991的诱导上调表达,是一个重要的调控棉花防御反应和生长发育的节点基因。GhJAZ2作为一个棉花茉莉酸信号的抑制子,通过与GhJAZ12互作,形成异源二聚体,直接抑制GhMYC2-like和GhPR10,GhR1,GhD2等抗性相关蛋白,负调控棉花抗病性和抗虫性;可能通过与DELLA蛋白的互作,间接激活赤霉素信号路径,调控棉花花期、种子萌发和果枝夹角等生长发育过程。此外GhJAZ2还参与了高温胁迫和低温胁迫下棉花雄蕊的发育。4.研究发现GhHB12基因同时受到ABA、MeJA、SA、盐胁迫、冷胁迫以及大丽轮枝菌V991的诱导上调表达,是一个重要的调控棉花防御反应和生长发育的多效基因。GhHB12负调控植物ABA信号路径,负调控植物对非生物逆境的抗性;同时负调控棉花JA信号路径,削弱棉花的抗病性和抗虫性;此外GhHB12通过与GhTCP1互作,协同负调控生长素信号路径,抑制棉花株高,促进叶枝的发生;同时可以与GhSPLs互作,相互拮抗,直接调控GhFT、GhSOC1、GhFUL等开花基因的表达,调控棉花花期、叶枝和果枝的发育。此外GhHB12还参与对棉花叶形的调控。我们还发现GhHB12受到光周期和节律的调控,GhHB12调控棉花株型的功能在短日照条件下会丧失。以上结果表明利用生物信息学分析能提高鉴定棉花响应多重逆境关键调控因子的有效性,以上结果为棉花响应多重逆境反应的生理机制提供了参考。