上海生科院揭示棉纤维伸长发育的调控机制
中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所陈晓亚研究组克隆鉴定了控制棉纤维生长的一个关键基因，成果于11月21日在Nature Communications 发表，题为《异形框转录因子GhHOX3控制棉纤维生长》（Control of cotton fiber elongation by a homeodomain transcription factor GhHOX3）。
棉纤维是最受消费者欢迎的纺织材料，全世界超过80个国家种植棉花。中国是最大的原棉生产国和消费国，直接从事棉纺及相关行业的人员达到2000多万，间接就业人员达到1亿。因此，棉花在我国国民经济中具有举足轻重的地位。棉纤维长度是棉花品质的重要指标，我国优质棉缺乏，每年进口100多万吨。
棉纤维由棉花种子表皮细胞分化而来，是高等植物中伸长最快、合成纤维素最多的单细胞。棉纤维发育过程可分为分化与突起、迅速伸长、次生壁合成以及脱水成熟4个部分重叠的时期，其中纤维伸长和次生壁合成与品质性状的关系最为密切。然而到目前为止，关于棉纤维发育、尤其是纤维伸长调控的研究还相对较少。
通过关联分析和遗传定位，研究人员发现一个含有同源异型框的转录因子GhHOX3与棉纤维伸长相关。在棉花体中提高GhHOX3的表达可以增加棉纤维长度，而抑制该基因表达则可使纤维显著变短。因此GhHOX3是棉纤维伸长的关键调控因子。利用高通量测序比较野生型和GhHOX3抑制株系的基因表达谱，发掘出一批纤维生长的功能基因。进一步实验证明，两个已报道的细胞壁松弛蛋白基因，GhRDL1和GhEXPA1，其启动子均含有L1顺式元件，可被GhHOX3识别并受到直接调控。植物激素赤霉素（gibberellin，GAs）促进植物细胞伸长，又称为绿色革命激素，但赤霉素促进棉纤维伸长的作用机理并不清楚。以GhHOX3为诱饵进行筛选，发现它可与数个蛋白因子形成复合体，包括赤霉素途径的负调控因子DELLA蛋白GhSLR1。体内和体外的实验结果表明，DELLA类蛋白通过结合GhHOX3阻扰其形成有活性的转录因子复合体，从而影响下游功能基因的表达。赤霉素信号通过解除负调控因子来促进棉纤维伸长。
该研究不仅克隆鉴定了一个控制棉纤维伸长的关键基因，而且揭示了赤霉素促进细胞伸长的新机制，为进一步解析植物细胞伸长的调控机制、克隆棉纤维发育新基因打下了基础，也为棉纤维品质改良提供了靶标基因。博士生单淳敏为该研究做出了重要贡献，来自南京农业大学、美国爱荷华州立大学及美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员参加了部分工作。
研究项目得到科技部、中国科学院和国家重大专项的资助。
-
项目成果
