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中国农科院/河南大学合作团队在棉花株型遗传机制研究中取得新进展
发布时间:2020-11-05

转自 BioArt植物

      近日,New phytologist在线发表了中国农业科学院棉花研究所杜雄明团队、中国农业科学院生物技术研究所张锐团队和河南大蔡应繁苗雨晨团队合作完成的题为A Copy Number Variant at the HPDA-D12 Locus Confers Compact Plant Architecture in Cotton的研究论文,报道了该团队在棉花株型遗传机制研究中取得的新进展。

      陆地棉(Gossypium hirsutum L.)是世界上最具经济价值的自然纤维作物之一,提高棉花产量一直以来都是育种家的主要目标。相较于提高单株的产量,增加种植密度对提高棉花产量具有更大的潜力。尤其是近年来我国棉花主产区向新疆棉区集中,由于水资源严重缺乏,发掘和鉴定适宜密植的棉花种质资源将有助于加快棉花的株型育种进程,进而提高棉花的产量和植棉效益。


      该研究通过对20多年前发现的一个棉花天然矮化突变体AS98研究,发现突变体D12染色体HPDA-D12位点发生了一次~13.5kb的串联重复,导致该区域内唯一的基因GhDREB1B拷贝数加倍,表达量显著升高,进而引起AS98植株矮化、果枝变短和夹角变小(图1)。该研究暗示,通过控制GhDREB1B表达水平,可望实现棉花株型的改良,培育适宜密植的棉花新品种。


图1 AS98表型

      为了阐明突变体AS98矮化的分子机制,本研究利用QTL-seq检测到D12染色体上一个长度~13.5kb的串联重复,该串联重复的发生引起了AS98突变体D12染色体上的GhDREB1BDehydration Responsive Element Binding factor基因拷贝数加倍,导致该基因的表达量显著升高,从而影响了AS98的株型(图2

图2  HPDA-D12的定位、克隆和基因表达差异

进而利用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术干涉GhDREB1B基因,结果显示,沉默植株可以一定程度上恢复AS98棉花株高。相反,在棉花品种R15中过量表达GhDREB1B基因,转基因棉花植株变矮、果枝变短、果枝夹角变小,证明GhDREB1B基因是导致AS98棉花株型矮化和紧凑的关键基因。进一步研究发现,AS98棉花中GhDREB1B基因的上调表达主要影响了生长素信号途径,同时也改变了多个乙烯和油菜素内酯信号途径的基因表达。农艺性状分析发现,转基因棉花的植株矮化程度和GhDREB1B表达水平密切相关,但对纤维发育的影响却较小。因此,通过调控GhDREB1B表达水平可以实现对棉花株高、果枝长度和夹角的等株型调节,从而适宜于密植。该研究为培育适宜于密植的棉花育种提供了重要基因资源和理论指导。


      中国农业科学院棉花研究所已毕业硕士生季高翔、中国农业科学院生物技术研究所梁成真副研究员和河南大学蔡应繁教授为论文的共同第一作者。中国农业科学院棉花研究所杜雄明研究员、中国农业科学院生物技术研究所张锐研究员和中国农业科学院棉花研究所何守朴副研究员为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和转基因新品种培育重大专项和国家重点研发计划的资助。


原文链接:

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17059