[目的]肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素合成途径中的关键酶,在增强植物机械强度、抵御病原菌入侵等方面发挥重要作用.鉴定海岛棉GbCAD、GbCAD-LIKE(GbCADL)基因家族成员,并对其表达特征及其在黄萎病抗性中的作用进行分析,为棉花抗黄萎病机制的解析及抗病育种提供参考.[方法]利用生物信息学方法对海岛棉GbCAD、GbCADL基因家族成员进行鉴定,并对其染色体定位、系统发育关系、基因结构、启动子顺式元件的预测进行系统分析.通过获得公开释放的转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析GbCAD基因及GbCADL基因的表达特征.利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术对GbCAD基因及GbCADL基因进行功能分析.[结果]从海岛棉中鉴定到25个GbCAD基因(分布在10条染色体)和34个GbCADL基因(分布在17条染色体).GbCAD基因分为3个亚组,GbCADL基因分为4个亚组,同一个组内基因含有相似的外显子-内含子结构和保守结构域.GbCAD基因和GbCADL基因具有不同的转录表达特征,其启动子中含有多种激素和胁迫响应元件.转录组数据和qRT-PCR显示,GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL5A/D,GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达受大丽轮枝菌诱导,尤其是GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达在大丽轮枝菌处理后显著增加.利用VIGS技术,将显著受大丽轮枝菌诱导表达的GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D分别在棉花中沉默,分析VIGS株系对大丽轮枝菌抗性的变化.结果显示,与对照植株相比,VIGS株系对大丽轮枝菌的抗性显著降低.二氨基联苯胺(DAB)染色结果显示,在未受到黄萎病侵染时,VIGS植株和对照植株的染色程度无显著差异;在大丽轮枝菌处理6 h后,与对照植株相比,沉默株系GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D均表现出较深的着色,表明在沉默株系中有较高的活性氧累积.茎的切片结果显示,大丽轮枝菌处理后,TRV:GbCAD10A/D、TRV:GbCADL4A/D,TRV:GbCADL6A/D、TRV:GbCADL7A/D沉默株系的茎维管组织表现出明显的深褐色,表明其对大丽轮枝菌的抗性显著降低.[结论]抑制GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达可以显著降低棉花对大丽轮枝菌的抗性.
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