中国农科院棉花研究所构建棉纤维伸长的基因调控网络

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关键词：

来源：

Plant Communications

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/7714ce57-c3c6-4066-bba4-b6fde3684bd1

来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101130

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-09-09

摘要：

2024年9月9日，Plant Communications在线发表了由中国农业科学院棉花研究所分子遗传改良团队杨召恩课题组完成的“Regulatory Networks of Coresident Subgenomes during Rapid Fiber Cell Elongation in Upland Cotton”研究。该研究整合全基因组关联分析（GWAS）和表达数量性状位点（eGWAS）分析，构建了调控纤维伸长的共表达网络，挖掘出转录因子GhWRKY28调控反式基因GhTOL9的表达，并通过ESCRT途径影响棉纤维细胞伸长。棉纤维是重要的天然纤维来源，是重要的战略物资。陆地棉（Gossypium hirsutum L.）作为全球种植最为广泛的棉种，其纤维产量占全球总量的95%。纤维长度是决定其经济价值的主要因素，研究纤维的伸长机制对于增加纤维长度至关重要。然而，棉纤维的伸长受多基因共同调控，构建纤维伸长过程中的调控网络对于纤维改良具有重要价值。全基因组关联分析已经成为挖掘重要农艺性状调控因子的有效手段。本研究通过对421份陆地棉的基因组和纤维伸长期2个时间节点的1410份转录组数据进行联合分析，在两个时期分别鉴定到21,312和35,463个eQTLs，调控7551和11841个基因基因表达，其中超过70%的eQTLs为远程调控eQTLs（trans-eQTL)，这些位点为改良棉纤维品质提供了重要的遗传资源。研究人员在纤维发育快速伸长时期（开花后10天）鉴定到一个调控纤维发育的关键网络Hotspot456，该网络受D11染色体上的区段调控，与1877个基因的表达相关联。众所周知，转录因子参与基因的表达调控。有趣的是Hotspot456中包含94个转录因子，其中包含多个已报道的与棉纤维发育相关基因。研究表明trans-eQTLs相比于cis-eQTLs遗传效应更弱，但trans-eQTLs能够影响更为广泛的调控网络，因此，微效的trans-eQTLs对表型的影响更大。挖掘trans-eQTLs将有助于为培育优质、高产的棉花新品种提供更多的遗传位点。研究人员发现trans-eQTLs的靶基因的启动子区存在转录因子结合的motif序列，进一步分析发现trans-eQTLs区间内存在对应的转录因子，这暗示着trans-eQTLs可能通过转录因子调控靶基因的表达。通过双荧光素酶互补实验（LUC）、酵母单杂交实验（Y1H）和凝胶迁移实验（EMSA）证实了GhWRKY28对携带trans-eQTL的GhTOL9基因表达的调控作用。通过构建GhTOL9和GhWRKY28的转基因材料，发现转基因材料的纤维长度显著变化。研究人员提出了一个新的调控棉花纤维细胞伸长的模型：在正常情况下，低量表达水平的GhWRKY28可保证GhTOL9的正常转录。相反，过量表达GhWRKY28会促进其与靶基因GhTOL9启动子上W-BOX的结合，进而抑制GhTOL9的转录，从而阻碍质膜上泛素化蛋白通过ESCRT途径降解，抑制纤维伸长。