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《棉花遗传改良团队解析TT16协同MYB-bHLH-WD（MBW）复合体调控棕色纤维产生的遗传机制》

  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2024-10-28

  •     棉花（Gossypium spp.）作为一种主要的经济作物和重要的纺织材料，在全球范围内被广泛种植。除了大家熟知的白色棉花以外，彩色棉同样具有悠久的历史，早在明清时期就作为时尚单品风靡一时，据史料记载，彩棉织就的紫花布衣曾经一度成为欧洲贵族身份的象征。与白色棉花不同，彩色棉天然具有色彩，在纤维发育过程中，色素逐渐积累，最终成熟纤维呈现为彩色。因此，彩棉免去了印染、漂白等加工过程，减少化学染料使用的同时，避免了化学物质残留对人体的潜在危害。然而，彩色棉纤维品质较差、色谱狭窄且不稳定等特点，严重制约了其产业发展。目前，深入挖掘彩棉形成的遗传机制和调控网络，利用现代生物技术，更加有效地赋能调控基因，并结合传统杂交技术，被认为是突破彩棉发展瓶颈的有效手段。

        10月13日，棉花遗传改良团队在Plant Physiology 在线发表了题为“TRANSPARENT TESTA 16 collaborates with MYB-bHLH-WD40 transcriptional complex to produce brown fibre cotton”的研究论文，揭示了转录因子TT16协同MBW复合体调控棕色纤维产生的遗传机制。该团队前期利用海岛棉Pima90-53与陆地棉HD208杂交并自交多代产生的纯合的深棕色棉突变体Ys 以及收集得到的100份棕色棉和109份白色棉花，开展连锁分析和关联分析，定位到控制棕色棉的遗传区域LC1，并将其分解为两个遗传位点qBF-A07-1和 qBF-A07-2，其中qBF-A07-1介导棕色棉颜色的产生，而qBF-A07-2影响了棕色棉的深浅。在此基础上，分别发掘了两个位点可能的候选基因Gh_TT2和Gh_WD。研究团队对两个基因的转化系5-15 DPA纤维取样，并对转录组数据进行联合分析，揭示了两基因间复杂的博弈关系影响代谢物的流向以及细胞内花青素和原花青素的比例，进而使纤维呈现不同的颜色。综上，该研究提出了调控棕色棉产生的GhTT16 -MBW -PABGs 调控网络，为彩色棉的创制以及遗传改良提供了理论基础。

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  • 《棉花团队揭示干旱下棉花产量和纤维品质协同改良的遗传机制》
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-10-28
    •     Advanced Science在线发表了华中农业大学棉花遗传改良团队题为“Dissecting the Superior Drivers for the Simultaneous Improvement of Fiber Quality and Yield under Drought Stress Via Genome-Wide Artificial Introgressions of Gossypium barbadense into Gossypium hirsutum”的研究论文。研究基于陆地棉栽培种鄂棉22（E22，产量高）为背景的海岛棉3-79（纤维品质优）的种间染色体置换系（CSSLs）群体，利用多种定位方法鉴定到多个干旱下棉花产量和纤维品质协同的QTL，并解析了棉花抗旱关键基因DRR1和DRT1的生物学功能。     随着全球淡水资源短缺和极端天气事件的增多，干旱胁迫已成为导致全球棉花产量和纤维品质下降的主要因素。陆地棉和海岛棉作为最重要的四倍体栽培棉种，具有不同的优异性状。陆地棉产量高，而海岛棉纤维品质优异，但产量相对陆地棉较低，且两个棉种在干旱胁迫下仍然保持其优良特性。由于连锁累赘的因素，实现棉花纤维品质、产量和抗性的协同改良十分困难，通过染色体片段交换、打破连锁累赘、融合两者优势性状，可以实现棉花抗性、产量和品质的协同改良。     作者以陆地棉E22为轮回亲本，海岛棉3-79为供体亲本构建了包含319份材料的CSSLs群体。采用花铃期断水处理的干旱胁迫方式，在全生育期共采集了包括农艺性状、产量及纤维品质在内的14个性状。利用最佳线性无偏预测（BLUP）整合多个环境的数据，并采用4个产量性状、4个品质性状的抗旱系数（DRC）和抗旱隶属函数值（MFVD）评价各材料的抗旱性，筛选出M149等9个棉花抗旱品系。进一步通过GWAS分析、连锁分析和BSA策略，共鉴定到121个显著的QTL，其中39个QTLs至少在两种定位策略中同时鉴定；6个QTL在三种策略共同鉴定。     进一步结合亲本特点，基于共定位的结果和抗旱SNP的来源，筛选出14个QTL进行抗旱单倍型分析，其中13个抗旱单倍型（DRC纤维品质）来源于3-79，1个（DRC衣分）来源于E22。利用14个SNP对CSSLs群体进行抗旱单倍型聚合效应分析，发现聚合抗旱单倍型越多的品系，其抗旱隶属函数值（MFVD）越高，干旱胁迫处理对其产量和品质的影响越小，表明优质纤维3-79基因型的渗入有效打破了连锁累赘的影响，实现棉花抗性、产量、品质的协同改良。     作者进一步利用CRISPR/Cas9和VIGS技术验证了上述共定位区间候选基因DRR1和DRT1的生物学功能。结果表明，敲除DRR1或DRT1基因后，植株对干旱胁迫更加敏感。利用VIGS技术在抗旱材料M307（hap3-79）和敏旱材料M048（hapE22）中均沉默DRR1或DRT1，结果证明单倍型hap3-79相比hapE22表现出更强的抗旱性。     华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室棉花遗传改良团队、湖北洪山实验室杨细燕教授为论文通讯作者，韩贝博士（已毕业，现就职于中国农业科学院油料作物研究所）为论文第一作者，团队张献龙院士共同设计并指导研究，林忠旭教授创建并提供导入系群体；该群体在新疆石河子和阿拉尔开展了多年多点的田间试验，新疆农垦科学院余渝研究员和塔里木大学王彦芹教授对群体材料的种植和表型采集提供了帮助。该研究受农业部专项资金（生物育种）、国家自然科学基金和新疆兵团科技发展专项资金的资助。
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  • 《解析种间渐渗介导的基因表达调控扰动影响纤维品质形成的遗传机制》
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-10-28
    •     为了挖掘基因组变异与纤维品质之间的联系，研究鉴定了36个与纤维品质性状相关的QTL。进一步整合eQTL和QTL结果，发现34个QTL中的部分基因能够与不同时期的eQTL共定位。随后，对所有共定位基因在亲本和渐渗系间的表达变化进行表征，构建了群体中渐渗片段的调控分歧模型，揭示了海岛棉基因组片段在陆地棉纤维品质改良中的作用。此外，通过转录组分析，作者挖掘到一个在纤维中表达量存在显著差异的基因GhFLAP1（encodes a fluctuating light acclimation protein，波动光适应蛋白）。随后分析该基因在两个亲本中的序列变异，发现在Emian22的基因区插入了3,639 bp的序列。创制GhFLAP1基因的敲除突变体，并进行纤维品质鉴定，发现与野生型相比，突变体的纤维长度显著降低。     综上所述，该研究提供了大量关于基因组片段和纤维品质之间的遗传调控信息，对于优质棉纤维育种具有重要的参考价值，并有助于加快棉花新品种培育。基因渐渗片段的调控效应分析为研究基因渐渗对其他物种表型变异的贡献提供了重要依据。     华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室和湖北洪山实验室的王茂军教授、张献龙院士和美国爱荷华州立大学的Jonathan F. Wendel院士为该论文的共同通讯作者，华中农业大学已毕业博士生陈鑫媛、博士生胡修宝和已毕业博士生李果为该论文的共同第一作者。华中农业大学的章元明教授、林忠旭教授和美国爱荷华州立大学的Corrinne E. Grover等也参与了本项研究。该研究中的田间实验在黄冈市农业科学院棉麦研究所李蔚团队的实验站完成。
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