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国家植物园科研人员揭示油菜素内酯信号转导途径关键元件GhBZR3调控棉纤维伸长分子机制
时间:2022-06-08

棉纤维是纺织工业的重要原料,因其具有保暖性佳、透气性好、吸湿性强,穿着舒适无静电作用等优点备受人们青睐。棉纤维是由受精胚珠的表皮细胞突起、伸长、壁加厚而形成的单细胞毛状体,也是研究细胞伸长和发育的理想模式材料。油菜素内酯(BR)在棉纤维发育中发挥重要作用。BZR转录因子是BR信号转导途径的核心元件,参与了多个植物发育过程,但是BZR转录因子是否参与、如何参与棉花纤维发育目前尚不清楚。 

国家植物园、中科院植物所朱生伟团队在棉花中鉴定了5BZR家族转录因子蛋白GhBZRs。其中,GhBZR3在拟南芥中的过表达导致根毛长度、下胚轴长度和下胚轴细胞长度缩短,表明GhBZR3负调控细胞伸长。通过对VIGS-GhBZR3株系的转录组测序及通路富集分析,发现长链脂肪酸代谢和降解可能主要是由GhBZR3控制的调节途径。同时,与野生型相比,沉默棉花GhBZR3表达可使植物的高度增加、纤维伸长,而且沉默的GhBZR3植株中的超长链脂肪酸(VLCFA)含量也显著增加。进一步研究发现,作为VLCFA生物合成的关键基因,GhKCS13启动子包含两个GhBZR3结合位点。酵母单杂交、电泳迁移率变化和荧光素酶测定等结果表明,GhBZR3GhKCS13启动子直接作用抑制基因表达。 

该研究揭示了BZR家族转录因子GhBZR3通过抑制VLCFA的生物合成从而负调控棉纤维伸长的分子机制。研究结果加深了我们对GhBZR3在棉花纤维发育中功能的理解,而且突出了在棉花育种计划中使用GhBZR3及其相关基因改善棉花纤维长度和植物生长的潜力。 

研究成果于64日在线发表于国际学术期刊The Plant Journal国家植物园、中科院植物所已毕业硕士生史泽敏、陈霞,陕西科技大学薛惠丹副教授和陕西师范大学博士生贾婷婷为该论文并列第一作者,国家植物园、中科院植物所朱生伟副研究员和陕西师范大学肖光辉教授为共同通讯作者。国家植物园、中科院植物所已毕业硕士生蒙福宁、刘云飞和罗小敏助理研究员对本文有重要贡献。该研究得到了国家重点研发、转基因生物新品种培育和海南崖州湾种子实验室等项目的资助。 

文章链接: 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15852 

GhBZR3负调控棉纤维的伸长