棉花是世界重要的经济作物。棉花黄萎病是严重影响产量和品质的土传维管束病害。挖掘棉花抗黄萎病相关基因、解析其抗病机制对于棉花抗黄萎病遗传改良具有重要意义。本实验室前期筛选黄萎病菌诱导的陆地棉抗病品种SSH文库及海岛棉c DNA文库获得了非常重要的差异表达基因,进一步分析发现了多胺新陈代谢途径基因的富集,通过实时荧光定量技术分析多胺途径基因在黄萎病菌胁迫下的表达模式,发现多胺氧化酶基因Gh PAO、S-腺苷甲硫胺酸脱羧酶基因Gh SAMDC、精胺合成酶基因Gh SPMS和热精胺合成酶基因Gh ACL5与黄萎病抗性关系最密切,因此研究棉花PAO/SAMDC/SPMS/ACL5在黄萎病菌胁迫下的功能及抗病分子机制,将为解析抗黄萎病机制提供理论依据。主要包含以下几方面的研究内容:(1)利用病毒介导的基因沉默技术干扰棉花内源PAO/SAMDC/SPMS/ACL5的表达,研究对黄萎病抗性的影响及关联的底物、产物变化;(2)利用拟南芥进行基因的过表达操作,研究对黄萎病抗性的影响,从分子生物学、细胞学、生理生化和表型水平解析抗病分子机制;(3)通过分析不同抗感棉花品种在黄萎病菌胁迫下的多胺含量变化及多胺对黄萎病菌生长的体外抑制效应,解析多胺水平与棉花黄萎病抗性的关系。获得主要结果如下:1、Gh PAO转基因拟南芥表现出增强的黄萎病抗性,伴随降低的植株体内黄萎病菌的生物量、病症,显著提高了黄萎病菌胁迫进程中的PAO酶活水平、底物腐胺、亚精胺和精胺、产物过氧化氢、激素水杨酸及植保素camalexin水平,并且调动了拟南芥内源多胺新陈代谢的14个关键基因的表达上调。另外,精胺和水杨酸能诱导拟南芥内源多胺新陈代谢14个关键基因的表达上调。2、Gh PAO具有典型的FAD-specific吸收光谱,最适p H为8.0,最适温度为40度,最适底物为精胺,Gh PAO催化精胺的部分反向转化。外源腐胺、亚精胺、热精胺和精胺都能显著的抑制黄萎病菌菌丝、孢子及菌落的生长,并且精胺的抑制效果最为卓越。在接种黄萎病菌前的20个抗、感棉花品种中的多胺水平无明显的规律,但是在接种黄萎病菌以后,10个抗病的棉花品种中的腐胺、亚精胺和精胺含量均明显高于10个感病的棉花品种。3、在棉花和拟南芥中精胺积累能有效诱导植保素camalexin的积累,并且精胺能诱导植保素camalexin途径关键基因丝裂原激活蛋白激酶及细胞色素P450氧化酶的表达上调。另外,植保素camalexin对黄萎病菌的生长也具有显著的抑制作用。沉默Gh PAO使棉花表现感病,并伴随升高的病情指数,及受损的腐胺、亚精胺、精胺、过氧化氢和植保素camalexin水平,Gh PAO通过Spm和camalexin信号参与植物抗性反应。4、负责精胺合成的关键基因Gh SAMDC和Gh SPMS在抗病的棉花材料中受黄萎病菌和植物激素诱导表达上调,沉默棉花的Gh SAMDC或Gh SPMS对黄萎病侵染表现出感病性,外源添加精胺使基因沉默的棉花抗性增强。在拟南芥中过表达Gh SAMDC增强了黄萎病抗性,伴随精胺、水杨酸和亮氨酸的积累。转Gh SPMS拟南芥对黄萎病侵染表现为感病,接菌后腐胺和水杨酸信号表现受损。5、Gh ACL5在抗病棉花品种接种黄萎病菌后被快速诱导,但在感病棉花品种中表达波动不大。另外,Gh ACL5能有效的响应植物激素水杨酸、茉莉酸和乙烯的诱导。沉默Gh ACL5使棉花表现感病,并伴随升高的病情指数。沉默棉花Gh ACL5使棉花植株表现为严重的矮化,显著降低了植株高度,伴随显著降低的热精胺水平。在拟南芥中过量表达Gh ACL5显著提高了拟南芥的植株高度,并伴随显著提高的热精胺水平。