近日，浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)學(xué)院已畢業(yè)碩士生余笠、趙萱和教師戎均康在《Plant Physiology》（中科院1區(qū)Top，IF: 7.6）發(fā)表題為“Functionally differentiated GL2-interacting-repressor 1 homoeologs regulate epidermal hair development of Gossypium hirsutum”（《功能分化的GL2互作抑制同源基因在調(diào)控陸地棉表皮毛發(fā)育》）的研究論文。

棉花為重要的經(jīng)濟(jì)作物，其纖維是天然紡織原材料，因此，表皮毛是棉花最重要的農(nóng)藝性狀。根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育組織不同可分為：長(zhǎng)纖維（天然纖維），短纖維（紙幣、火藥）和莖桿茸毛（防御病蟲害）等部分。表皮毛產(chǎn)生與發(fā)育的分子機(jī)理一直是棉花基礎(chǔ)研究中的重點(diǎn)領(lǐng)域。該研究發(fā)現(xiàn)了莖桿表皮毛“開關(guān)”基因GhGIR1D，明確了陸地棉A亞組與D亞組GhGIR1基因在調(diào)控莖桿茸毛和棉花種子短絨的功能分化。

前期研究發(fā)現(xiàn)，亞洲棉種子短絨由A08染色體GaGIR1基因調(diào)控。本研究通過(guò)構(gòu)建半野生陸地棉與現(xiàn)代陸地棉雜交群體，首次將控制陸地棉莖桿光桿性狀的主效位點(diǎn)精確定位于D08染色體短臂，并鑒定出關(guān)鍵基因GhGIR1D。該基因作為表皮毛發(fā)育的分子"開關(guān)"，其沉默可激活莖桿茸毛形成，而過(guò)表達(dá)則抑制該表型。值得注意的是，種子短絨調(diào)控基因GaGIR1與GhGIR1D雖同源卻呈現(xiàn)功能分化：GaGIR1通過(guò)阻斷GhHD1D-GhHOX3復(fù)合體形成，抑制下游靶基因GhRDL1表達(dá)，從而調(diào)控種子短絨起始。GhGIR1D通過(guò)與GhHD1A-GhHOX3蛋白互作負(fù)調(diào)控莖桿表皮毛的形成。

通過(guò)大量半野生陸地棉茸毛表型，啟動(dòng)子單倍型與表達(dá)量的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)GhGIR1D啟動(dòng)子Hap I型與高表達(dá)特征顯著相關(guān)，揭示了半野生棉種質(zhì)資源中莖桿光桿性狀的遺傳基礎(chǔ)。本研究還發(fā)現(xiàn)HD-ZIP IV轉(zhuǎn)錄因子GhHD1是表皮毛的正調(diào)控因子，與GhGIR1存在負(fù)調(diào)控關(guān)系。GhHD1的兩個(gè)同源基因?qū)υ谡{(diào)控不同組織表皮毛上存在劑量效應(yīng)。該成果為解析棉花表皮毛發(fā)育分子網(wǎng)絡(luò)提供了新視角，對(duì)纖維品質(zhì)改良育種具有重要指導(dǎo)意義。

浙江農(nóng)林大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院碩士余笠（浙江大學(xué)現(xiàn)代種業(yè)研究所在讀博士生）和趙萱為論文共同第一作者；浙江農(nóng)林大學(xué)戎均康教授為論文通訊作者。浙江農(nóng)林大學(xué)為第一和通訊作者單位。浙江農(nóng)林大學(xué)曹躍芬講師、丁明全教授、吳剛教授、馮圣軍副教授；浙江大學(xué)關(guān)雪瑩研究員；中棉所何守樸研究員、杜雄明研究員也參與了該項(xiàng)工作。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。