The Plant Cell | 中棉所李付广/杨作仁团队揭示BR调控棉花纤维伸长新机制

棉花是世界上最重要的天然纤维作物，棉纤维是由种子表皮单细胞发育而来的毛状体，是研究植物细胞伸长的理想模型。近年来，已有研究表明油菜素内酯（BRs）和超长链脂肪酸（VLCFAs）可促进棉纤维伸长。VLCFA是含有20个碳及以上的脂肪酸，以往研究发现体外添加VLCFA后，乙烯合成基因GhACO1表达量上调，提高了棉纤维中乙烯含量（Qin et al., 2007），进而促进棉纤维伸长。这表明VLCFA可能作用于乙烯上游发挥作用（Qin & Zhu., 2011）。而VLCFA上游调控因子还未见报道。BR是一种重要的植物激素，体外BR处理促进纤维伸长，而BR生物合成抑制剂BRZ则抑制纤维发育（Sun et al., 2005）。BR功能缺失型短纤维突变体pag1表达谱数据分析表明，BR可能通过影响VLCFA生物合成、乙烯、细胞壁和细胞骨架相关基因的表达促进纤维伸长（Shi et al., 2006；Yang et al., 2014）。然而BR和VLCFA在调控纤维伸长方面的关系及其作用机制仍不清楚。

近日，中国农业科学院棉花研究所李付广/杨作仁研究员团队在国际顶尖植物学期刊Plant Cell在线发表了题为“Brassinosteroids regulate cotton fiber elongation by modulating very-long-chain fatty acid biosynthesis”的研究论文，揭示了BR通过调控棉纤维内源VLCFA的合成，调节纤维伸长的分子机制。

该研究通过检测BR功能缺失型突变体pag1纤维中VLCFA含量，发现BR缺失造成VLCFA含量下降，并且VLCFA合成途径关键限速酶GhKCSs家族中多个成员在pag1纤维中表达量下调，其中GhKCS10_At下调最显著。胚珠离体培养表明BR位于VLCFA的上游发挥作用。本团队之前研究证明GhBES1.4是BR信号通路核心转录因子，该研究通过创制GhBES1.4以及GhKCS10_At过量表达和RNAi沉默转基因棉花，发现GhBES1.4和GhKCS10_At均通过提高纤维中VLCFA含量，促进纤维伸长。体内外一系列生化实验证实GhBES1.4可以结合到GhKCS10_At启动子区域的BR响应元件（BRREs）上，调控GhKCS10_At表达，表明GhKCS10_At是GhBES1.4的直接靶标基因。将GhBES1.4和GhKCS10_At转基因棉花进行杂交，从遗传学上证实GhKCS10_At位于GhBES1.4下游。

综上，该研究阐明了BR通过GhBES1调控GhKCSs介导的VLCFA的合成，最终促进纤维伸长的分子机制（图1）。揭示了BR和VLCFA在调控棉纤维伸长中的关系，进一步丰富了BR对棉纤维发育的分子调控网络，对棉纤维品质的遗传改良具有指导意义。

中棉所李付广研究员为该论文通讯作者，中棉所杨作仁研究员、郑州大学农学院刘钊助理研究员、中棉所葛晓阳副研究员为该论文共同第一作者。相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金创新群体、河南省自然科学基金和新疆维吾尔自治区自然科学基金的资助。

论文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad060/7067278?searchresult=1

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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