河南大学宋纯鹏教授团队首次克隆到棉花色素腺体定位基因CGP1并揭示其功能学术资讯

来源：植物科学最前沿

近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了河南大学宋纯鹏教授团队题为“The gland localized CGP1 controls gland pigmentation and gossypol accumulation in cotton”的研究论文。该研究克隆了首个棉花色素腺体定位基因CGP1，CGP1不仅与棉花色素腺体色素沉积相关，同时也调控棉酚的生物合成。

棉花作为一种重要的经济作物，是全球纺织业主要的天然纤维原料来源。此外，棉籽是食用蛋白质（23%）和食用油（21%）的极佳来源，富含营养和不饱和脂肪酸。按照全球棉花年产量估算，每年的棉籽产量可满足全球5亿人对可食用蛋白质的需求。然而，由于棉籽中色素腺体的存在，限制了棉花作为食物来源的潜力。棉花腺体又称为色素腺体或棉酚腺体，是棉花次生代谢物的主要储存场所。成熟的色素腺体包含一个位于中央的大溶生腔，周围由几层扁平的厚壁细胞包围。在溶生腔腔中储存大量次生代谢物，包括棉酚及相关萜类化合物。这些物质在一定程度上可以保护棉株抵御病虫害，但是高含量的棉酚也限制了人们对棉籽的利用，培育理想的低酚棉品种是解决这一矛盾的关键。近年来，科学家们对棉花色素腺体及其内含物进行了很多研究，期望阐明色素腺体与棉酚合成的复杂关系，解除棉酚对棉花综合利用的限制，促进棉花产业升级。

研究者通过对7种有腺体与无腺体的棉花品种进行了比较转录组分析。筛选到22个在有腺体棉花品种中特异表达的转录因子。通过病毒诱导的基因沉默对这些基因进行表型筛选，发现A和D基因组中一对编码MYB的同源基因（称为CGP1）被沉默后，棉花表现出与显性无腺体突变体Gl2e相似的无腺体表型。其中CGP1a编码的蛋白具有转录因子活性，而CGP1d编码蛋白由于片段缺失而导致提前终止，形成非功能性蛋白质。组织表达模式分析表明CGP1a在棉花色素腺体细胞中特异表达（图1）。

图1 CGP1调控棉花色素腺体功能 (a) ProCGP1-GUS转基因棉花叶片GUS染色；(b) ProCGP1-GUS转基因棉花叶片横切图；(c) CGP1基因编辑位点示意图；(d) CGP1敲除转基因系表型图。

在有腺体棉花品种中RNAi干涉和CRISPR敲除CGP1后棉花都表现出与Gl2e相似的无腺体表型，但是组织切片表明CGP1基因敲除并不影响色素腺体结构和密度，而是影响了腺体内的色素沉积，使色素腺体颜色变浅至肉眼不可见。进一步分析结果显示，在cgp1突变体中，棉酚合成路径相关基因表达量下调，棉酚等萜类化合物的含量显著降低。CGP1a能够与GoPGF在细胞核中互作，说明CGP1a可能通过与GoPGF形成异源二聚体来调控棉酚等萜类物质代谢（图2）。该基因的克隆及在功能机制的解析，能为研究腺体发育过程、腺体与棉酚及其他内含物关系提供新的视角和遗传资源。

图2 CGP1和GoPGF参与棉花腺体形成、色素沉积的作用模式图

河南大学高巍副教授和许福春博士为本文共同第一作者，宋纯鹏教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、“111引智计划”等项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13323

来源：frontiersin 植物科学最前沿

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyOTY2NDYyNQ==&mid=2247493748&idx=4&sn=d4ff0c0c0f2936f8c22a986dad51eb10&chksm=e8bd9a6adfca137c2f1d21d3b14d3da513521fdf19e07f67771b854c376e2c0ad38bb37e2192&scene=27#wechat_redirect

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