南京农业大学郭旺珍团队揭示转录因子GhMYB4调控棉纤维发育的新机制

学术 2024-11-30 19:37 广东

棉花是重要的经济作物，棉纤维是世界上最重要的天然纺织原料，也是植物中最长的单细胞。棉纤维长度是衡量棉花纤维品质的一个重要指标，直接影响着棉花的经济价值。挖掘调控纤维发育的关键基因并解析其作用机理，不仅具有重要的科学研究价值，也对棉花优质纤维育种利用提供重要的产业价值。MYB转录因子在植物细胞伸长中起着重要的转录调控作用。然而，许多MYB转录因子涉及的纤维发育调控网络仍不清楚。

近日，南京农业大学郭旺珍团队在Plant Physiology在线发表了题为“The transcription factor GhMYB4 represses lipid transfer and sucrose transporter genes and inhibits fiber cell elongation in cotton”的研究论文。该研究鉴定了一个棉花MYB转录因子GhMYB4，阐明了GhMYB4通过负向调控脂质转运蛋白基因GhLTP4和蔗糖转运蛋白基因GhSWEET12的表达，调节纤维中的脂质含量、生长素信号通路和蔗糖转运，进而抑制棉纤维细胞伸长的作用机制。

该研究鉴定到一个在棉纤维中优势表达的MYB转录因子GhMYB4，利用陆地棉群体关联分析发现该基因的不同单倍型与纤维长度、强度、整齐度和铃重等多个纤维品质和产量性状显著相关。进一步研究发现，抑制GhMYB4表达导致棉纤维长度显著增加，而在拟南芥中异源表达GhMYB4则显著抑制根系和下胚轴伸长。结合转录组和脂质组分析发现沉默GhMYB4的棉花植株纤维中生长素、神经酰胺和蔗糖含量显著增加。通过凝胶迁移（EMSA）、LUC活性测定、LUC/REN双荧光素酶及GUS组织染色实验等均表明GhMYB4能够直接结合GhLTP4启动子区域的MYB顺式元件（TTTAGTG）抑制GhLTP4表达，影响纤维中的脂质含量和生长素信号通路。进一步研究发现GhMYB4也能够与GhSWEET12的启动子直接结合，并抑制GhSWEET12表达，进而影响了蔗糖转运途径。该研究发现的GhMYB4抑制纤维细胞伸长，其功能不同于以前报道过的促进纤维细胞发育的GhMYBs转录因子，丰富了对MYB转录因子在棉花纤维发育中功能多样性的认识。

基于前期的报道，GhbHLH105通过与GhLTP4启动子区域的E-box（CATTTG）元件结合正向调控GhLTP4表达（Duan et al., 2023）；GhMYB212通过与GhSWEET12启动子区域的MYB顺式作用元件（CTGTTA）结合正向调控GhSWEET12表达（Sun et al., 2019）。本研究进一步发现GhLTP4的表达受GhMYB4和GhbHLH105拮抗调控；GhSWEET12的表达受GhMYB4和GhMYB212拮抗调控。

综上，该研究揭示了GhMYB4和GhbHLH105/GhMYB212协同调控GhLTP4和GhSWEET12的表达，进而影响了纤维细胞的脂质含量、生长素信号通路和蔗糖转运。本研究为植物细胞伸长调控的复杂分子机制提供了新的见解，也为改良棉花纤维品质提供了理论基础和育种参考。

图1. GhMYB4/GhbHLH105/GhMYB212-GhLTP4/GhSWEET12调控纤维细胞伸长工作模式图

南京农业大学棉花遗传与种质创新利用团队已毕业博士研究生段宇佳和尚小光副教授为论文共同第一作者，郭旺珍教授为论文通讯作者。朱国忠副研究员，钟山青年研究员李维希博士，作物遗传与种质创新利用全国重点实验室公共平台田瑞平老师，在读硕士研究生吴若雪、在读博士研究生于羽嘉和已毕业博士研究生何庆飞参与了部分工作。该研究得到生物育种国家科技重大专项、国家自然科学基金项目、海南省三亚崖州湾科技城联合项目、南京农业大学三亚研究院引导资金项目、江苏现代作物生产协同创新中心等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae637

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