中棉所李付廣團隊揭示油菜素內酯（BR）調控棉花纖維伸長新機制

來源：藍景科信河北生物科技有限公司 2023年03月13日 09:20

棉花是重要的天然纖維作物，棉纖維細胞是植物中最長的單細胞之一，為研究細胞伸長提供了理想的模型。油菜素內酯（BR）在調節纖維伸長方面發揮重要作用，并且BR在棉花生產中已廣泛應用。超長鏈脂肪酸（VLCFA）是細胞內含有20個碳及以上的脂肪酸，體外添加VLCFA能夠促進纖維伸長。但BR和VLCFA在調控纖維伸長方面的關系及其作用機制尚不清楚。

中國農業科學院棉花研究所李付廣團隊前期使用DNA親和純化測序(DAP-seq)技術鑒定了陸地棉中BR信號通路核心轉錄因子GhBES1.4的靶基因，并通過多組學聯合分析構建了GhBES1.4介導的BR調控棉纖維伸長的信號網絡。DAP-seq結果顯示，GhKCSs家族的一些成員是GhBES1.4的靶基因。進一步結合轉錄組測序數據發現，GhKCSs家族中的5個基因在GhBES1.4-OE和GhBES1.4-RNAi棉花材料中表現出表達量的顯著改變（Plant Physiology, kiac590, doi.org/10.1093/plphys/kiac590）。

該團隊的最新研究成果闡明了GhBES1.4通過調控GhKCS10_At的表達，參與棉纖維伸長的分子機制。該成果于2023年3月2日發表在Plant Cell（IF=12.085）上，題為“Brassinosteroids regulate cotton fiber elongation by modulating very-long-chain fatty acid biosynthesis”。該研究揭示了BR通過調控棉花纖維內源VLCFA的合成，調節纖維伸長的分子機制，闡明了BR和VLCFA在調控纖維伸長方面的關系及其分子機理，對棉花纖維品質的遺傳改良具有指導意義。

首先，通過檢測BR功能缺失型突變體pag1纖維中VLCFA含量，發現BR缺失造成VLCFA含量下降，并且VLCFA合成途徑關鍵限速酶GhKCSs家族中多個成員在pag1纖維中表達量下調，其中GhKCS10_At下調顯著。胚珠離體培養表明BR位于VLCFA的上游發揮作用。該團隊之前的研究已經證明GhBES1.4是BR信號通路核心轉錄因子（Plant Physiology, kiac590, doi.org/10.1093/plphys/kiac590），于是創制了GhBES1.4以及GhKCS10_At過表達和RNAi沉默的棉花材料，發現GhBES1.4和GhKCS10_At均通過提高纖維中VLCFA含量促進纖維伸長。

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圖1. GhKCS10_At是GhBES1.4的直接靶基因

EMSA、Bio-layer interferometry、ChIP、Luc實驗結果表明GhBES1.4能夠結合到GhKCS10_At基因啟動子區域的BBRE元件上，這些結果進一步驗證了DAP-seq的結論。

體內外一系列生化實驗證實GhBES1.4可以結合到GhKCS10_At啟動子區域的BR響應元件（BRREs）上，進而調控GhKCS10_At表達，表明GhKCS10_At是GhBES1.4的靶基因。遺傳學實驗也證實了GhKCS10_At位于GhBES1.4的下游。綜上所述，該研究闡明了BR通過其核心轉錄因子GhBES1調控GhKCSs介導的VLCFA的合成，最終促進纖維伸長的分子機制。研究結果為解析BR調控棉花纖維伸長機制提供了新思路。

圖2. BR通過影響VLCFA合成調控棉纖維伸長的模型

在BR存在的情況下，BR信號通路中的關鍵轉錄因子GhBES1移動到細胞核，直接與GhKCSs的BRRE結合并激活其表達。編碼VLCFAs生物合成限速酶GhKCSs的高表達，增加內源性VLCFAs含量，進而促進纖維伸長。

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