Functional Analysis of Cotton Ca~(2+)/H~+Exchanger Genes, GHCAX1and GHCAX3,Against Abiotic Stresses

【摘要】Asasecondmessenger,Ca2+playsmajorroleincoldinducedtransductionviastimulus-specificincreasesin[Ca2+]cyt,whichiscalledcalciumsignature.Duringthisprocess,CAXs(Ca2+/H+exchangers)playcriticalroles.Forthefirsttime,putativeCa2+/H+exchangerGhCAX3andGhCAXlgenesfromuplandcotton(Gossypiumhirsutumcv.’YZ-1’)wereisolatedandcharacterized.GhCAX3andGhCAX1genesmayactasaregulatorincottonresponsivetoabioticstressesasitcouldbeup-regulatedbyCa2+,NaCl,ABAandcoldstress.SimilartootherCAXs,itwasprovedthatGhCAX3andGhCAXlalsohadCa2+transportactivityandtheN-terminalregulatoryregion(NRR)throughyeastcomplementationassay.Over-expressionofGhCAX3intobaccoshowedlesssensitivitytoABAduringseedgerminationandseedlingstages,butthephenotypicdifferencebetweenwildtype(WT)andtransgenicplantswasmoresignificantwhentheNRRwastruncated.Furthermore,GhCAX3conferredcoldtoleranceinyeastaswellastobaccoseedlingsbasedontheinvestigationatphysiologicalandmolecularlevel.However,transgenicplantseedsshowedmoresensitivitytocoldstresscomparedtoWTduringseedgermination,especiallywhenexpressedinN-terminaltruncatedversion.Finally,theextentofsensitivityintransgeniclineswasmoreseverethanthatinWTlineundersodiumtungstatetreatment(anABArepressor),indicatingABAcouldalleviatecoldsensitivityofGhCAX3seeds,especiallyinshortofitsNRR.Meanwhile,wealsofoundthatoverexpressionofGhCAX3couldenhancesomecoldandABAresponsivemarkergenes.Takentogether,theseresultssuggestedthatGhCAX3playedimportantrolesinthecross-talkofABAandcoldsignaltransduction,andcomparedwithfull-lengthofGhCAX3,theabsenceofNRRcouldenhancethetoleranceorsensitivityextentagainststresses.OverexpressionofGhCAXlintobaccoalsoshowedlesssensitivitytoABA,Li+andMn2+duringseedgerminationandseedlingdevelopment.UnderABAtreatment,transgenicplantseedsshowedmoretolerancecomparedtoWTduringseedgermination,especiallywhenexpressedinN-terminaltruncatedversion.GhCAX1conferredenhancedtoleranceoftransgenictobaccoplantstocoldunderchillingorfreezingtemperatures.GhCAXlalsoshowedtolerancetocoldduringseedlingdevelopment,extentoftolerancewassamebothinN-terminaltruncatedformandfull-length.Ofspecialnote,treatmentofthetransgenictobaccoplantswithPODinhibitorselevatedtheH2O2levelsandgreatlycompromisedtheircoldtolerance.Inaddition,transgenictobaccoshowedmoretoleranttooxidativestressesduringseedgermination,seedlingdevelopmentandmaturation.Takentogether,thesefindingsexhibitthatGhCAX1playsapivotalroleincoldtolerance,atleastinpart,bypositivelyregulatingPOD-mediatedreactiveoxygenspecieselimination.
【作者】KashifRafiqZahid；
【导师】XianlongZhang；
【作者基本信息】华中农业大学，CropBiotechnology，2014，硕士
【关键词】Transgenictobacco；cotton(Gossypiumhirsutum)；Ca2+/H+exchangerprotein（CAX）；cold；drought；saltandhightemperaturestress；ABAsignaling；tobacco(Nicotianabenthamiana)；

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