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棉花是油脂和蛋白质的主要来源,也是全世界重要的天然纤维作物。严峻的环境压力会给棉花生产带来巨大的经济损失,已成为棉花可持续生产的主要威胁。与环境胁迫相关的转录因子及基因,包括活性氧(ROS)清除、脱落酸(ABA)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号基因,可由非生物胁迫诱导并激活多种与胁迫相关的机制来提高植物的耐受性。对下游信号通路磷酸化的研究发现,丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)在识别环境胁迫方面起着重要的作用。本研究共鉴定了74个棉花MAPK基因,其中陆地棉41个,雷蒙德氏棉19个,亚洲棉14个,并确定了其理化性质及其特性。这些基因的理化性质表明,它们可以作为检测非生物耐受性的标志基因检测棉花对非生物胁迫的耐受性。为了研究棉花MAPK基因家族对干旱和盐胁迫的响应和耐受性,对棉花MAPK家族基因进行了系统分析。利用MEGA7.0对41个Gh MAPK、14个Ga MPK、19个Gr MPK和18个拟南芥MAPK蛋白序列进行多重序列比对,并构建了棉花MAPK基因系统进化树。系统发育分析表明,棉花MAPK家族可分为A、B、C、D和E分支。对7个Gh MAPK基因(GH_A07G1527,GH_D02G1138,GH_D03G0121,GH_D03G1517,GH_D05G1003,GH_D11G0040和GH_D12G2528)进行了干旱和盐胁迫下的组织特异性表达分析,其qPCR结果表明这些基因在植物的营养部位和生殖部位均有表达。另外,qPCR分析显示,干旱胁迫下这些基因高量上调表达,而盐胁迫下有5个基因上调表达,2个基因下调表达。对GH_D03G1517基因进行了鉴定分析。利用qPCR技术对干旱和盐胁迫下组织特异性表达进行了分析。qPCR结果表明,GH_D03G1517主要在植株的幼叶和根部表达。另外,GH_D03G1517在干旱和盐胁迫下高量表达。用绿色荧光蛋白法进行亚细胞定位分析发现,GH_D03G1517分布于细胞核和细胞质。GH_D03G1517过表达拟南芥植株表现出耐旱和耐盐性,具有较少的氧化剂和较高的抗氧化酶含量。在GH_D03G1517过表达植株中,与野生型相比,其生理指标相对稳定。胁迫响应类基因:Abre binding factor4,Stress-induced protein1,Ras-related protein18和Desiccation-responsive22在转化株系中上调表达,而在野生型中下调表达。VIGS结果表明,GH_D03G1517棉花沉默株系氧化剂含量高,抗氧化酶含量低,生理指标不良,3个干旱胁迫响应基因的表达均呈下调趋势。本研究结果显示,GH_D03G1517基因具有较强的抗旱性和耐盐性,为棉花在抗逆性分子改良提供了候选基因。最后,对基因Gh_D05G3876拟南芥转化植株进行了三种非生物胁迫(冷、干旱和盐)的抗性研究。对转化植株在低温、干旱和盐胁迫下的基因表达和表型进行了分析。与野生型相比,相对含水量、叶片失水率、叶绿素含量和离子渗透率等生理指标表明,过表达植物具有更稳定的生理物质含量以保证植株正常生长。此外,Gh_D05G3876过表达植株表现出较高的抗氧化活性和较低的氧化活性。棉花Gh_D05G3876基因沉默植株对干旱胁迫的耐受性受到抑制。我们的研究结果有力地表明Gh_D05G3876可能是棉花抵抗非生物胁迫的关键因子。