棉花中植物硫激肽家族的特性及其在抗寒反应中的作用

棉花PSK基因家族全基因组分析及冷胁迫响应机制研究。首次系统鉴定棉属四物种PSK基因，揭示整基因组重复驱动基因扩张，功能验证发现GhPSK22/25通过调控转录因子、激素信号及MAPK通路增强冷耐受，PSK-α肽可作为环保生物刺激剂。

　　

摘要

植物硫化激酶（Phytosulfokines，简称PSKs）是植物分泌的肽类物质，它们在翻译后会发生修饰，并在调节植物发育、免疫反应和再生过程中发挥重要作用。然而，PSKs在棉花中的存在及其功能作用仍很大程度上尚未得到研究，尤其是在它们参与应激反应方面的作用。在本研究中，我们分别从四倍体棉花（Gossypium hirsutum和Gossypium barbadense）以及二倍体棉花（Gossypium arboreum和Gossypium raimondii）中鉴定出了28个、31个、15个和15个PSK基因。系统发育分析将这些棉花PSK基因分为三个不同的亚组。我们对这些PSK基因的蛋白质特性、基因结构、保守基序、染色体定位、顺式调控元件和表达模式进行了全面研究。共线性分析表明，全基因组复制（Whole-Genome Duplication，WGD）事件在棉花中PSK基因的扩展和多样化中起到了关键作用。此外，通过病毒诱导的基因沉默（Virus-Induced Gene Silencing，VIGS）技术发现，GhPSK22和GhPSK25基因在低温胁迫下表现为正调控因子。从GhPSK前体衍生的成熟PSK-α肽的外源施用显著提高了棉花的耐寒性。转录组分析和qRT-PCR实验进一步证实，PSK-α能够调节与DNA结合的转录因子活性、植物激素信号传导以及MAPK级联反应相关的基因，从而增强Gossypium hirsutum的耐寒性。总体而言，我们的研究首次对棉花中的PSK基因家族进行了全面的基因组分析，发现全基因组复制对其基因扩张起到了促进作用。功能研究显示，GhPSK22和GhPSK25基因以及外源PSK-α的施用通过激活转录因子、激素信号传导和MAPK级联反应来增强耐寒性。这些结果表明，PSK-α作为一种环保型生物刺激剂，在提高棉花及其他作物在田间条件下的耐寒性方面具有巨大潜力。