文獻(xiàn)題目：Relief of GbDEAH12G repression on the GbNAC072C-GbHOX3 axis improves lint percentage in Gossypium barbadense

發(fā)表期刊：Nature Communications

影響因子：18.1

物種：海島棉

發(fā)表時(shí)間：2026年6月12日

發(fā)表單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)

藍(lán)景科信提供：DAP-seq、RNA-seq技術(shù)服務(wù)

主要研究?jī)?nèi)容

海島棉憑借優(yōu)異纖維品質(zhì)廣泛應(yīng)用于紡織領(lǐng)域，但普遍存在衣分偏低、產(chǎn)量受限的問題。衣分是決定棉花皮棉產(chǎn)量的核心遺傳性狀，直接決定了單位面積的皮棉產(chǎn)出。目前已有多種轉(zhuǎn)錄因子被證實(shí)參與棉纖維發(fā)育，而NAC家族對(duì)纖維起始與衣分形成的調(diào)控機(jī)制鮮有報(bào)道。盡管GWAS已鑒定出大量海島棉衣分關(guān)聯(lián)位點(diǎn)，但衣分關(guān)鍵基因的功能與調(diào)控通路仍缺乏系統(tǒng)解析。

本研究以海島棉為研究材料，借助群體重測(cè)序分析、基因變異鑒定、蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、亞細(xì)胞定位及時(shí)空表達(dá)模式分析，證實(shí)GbNAC072和GbDEAH12均定位于細(xì)胞核，且特異在纖維起始階段表達(dá)?；蚬δ茯?yàn)證表明，GbNAC072C為正向調(diào)控衣分的優(yōu)良等位變異，可顯著促進(jìn)胚珠表皮細(xì)胞凸起分化、提升纖維起始效率與衣分水平；而GbDEAH12G為功能抑制型等位基因，能夠顯著抑制棉纖維起始發(fā)育、負(fù)調(diào)控棉衣分形成，GbDEAH12C則無明顯抑制功能，兩個(gè)基因的不同等位變異在海島棉產(chǎn)量建成中存在顯著功能分化。

為解析GbNAC072C分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，該研究通過DAP-seq技術(shù)開展海島棉全基因組結(jié)合位點(diǎn)篩選，共鑒定出149380個(gè)特異性結(jié)合峰，對(duì)應(yīng)60235個(gè)靶基因，其中12.0%的結(jié)合峰定位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游500bp近端啟動(dòng)子區(qū)域；同時(shí)鑒定出NAC家族經(jīng)典保守結(jié)合基序CACG。啟動(dòng)子區(qū)靶基因GO功能富集分析發(fā)現(xiàn)，靶基因顯著富集于表皮細(xì)胞發(fā)育、表皮毛分化與形態(tài)建成等和棉纖維起始、衣分形成緊密關(guān)聯(lián)的生物學(xué)通路。通過DAP-seq與RNA-seq數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，篩選出GbHOX3這一纖維發(fā)育關(guān)鍵候選靶基因。后續(xù)經(jīng)酵母單雜交、雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)、ChIP-qPCR及EMSA等多種實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，GbNAC072C可特異性結(jié)合并激活GbHOX3啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，而等位變異GbNAC072T基本無轉(zhuǎn)錄激活能力。功能試驗(yàn)表明，GbDEAH12G可結(jié)合并抑制GbNAC072C，GbDEAH12C無抑制活性；雙基因轉(zhuǎn)基因材料證明GbDEAH12C-GbNAC072C為優(yōu)良等位組合，可顯著提升衣分等產(chǎn)量性狀，GbDEAH12G-GbNAC072T則抑制纖維發(fā)育。群體與回交群體分析表明，GbNAC072C優(yōu)良單倍型育種利用不足，GbDEAH12經(jīng)受人工選擇，二者等位組合差異決定海島棉衣分表型變異。

綜上，GbDEAH12G-GbNAC072C-GbHOX3是調(diào)控海島棉衣分與纖維發(fā)育的關(guān)鍵分子模塊。本研究揭示了等位變異特異性蛋白互作調(diào)控海島棉衣分的全新分子機(jī)制，為海島棉高產(chǎn)分子育種提供關(guān)鍵基因資源與育種改良靶點(diǎn)。

圖1. 通過DAP-seq與RNA-seq分析鑒定的GbNAC072C靶基因。（a）3-DPA胚珠中GbYH9（C型）與GbC352（T型）差異基因火山圖。（b）DAP-seq檢測(cè)到的GbNAC072C全基因組結(jié)合峰分布。（c）RNA-seq下調(diào)差異基因與DAP-seq靶基因的交集韋恩圖。（d）交集差異基因的GO功能富集分析。（e）GbNAC072調(diào)控的表皮發(fā)育相關(guān)基因熱圖。（f）IGV可視化GbHOX3基因座處的GbNAC072C DAP-seq結(jié)合峰。（g）GbHOX3啟動(dòng)子GbNAC072C結(jié)合區(qū)域示意圖。（h）ChIP-qPCR體內(nèi)驗(yàn)證GbNAC072C可結(jié)合GbHOX3啟動(dòng)子的P1、P2片段。（i）酵母單雜交試驗(yàn)驗(yàn)證GbNAC072C結(jié)合GbHOX3啟動(dòng)子。（j）EMSA電泳遷移阻滯實(shí)驗(yàn)證實(shí)GbNAC072C可結(jié)合P1、P2位點(diǎn)。（k）熒光成像結(jié)果，展示GbNAC072C/T和GbDEAH12G/C對(duì)GbHOX3啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控效果。（l）熒光強(qiáng)度定量統(tǒng)計(jì)。（m）雙熒光素酶（Dual-LUC）試驗(yàn)所用效應(yīng)載體、報(bào)告載體構(gòu)建示意圖。（n）不同等位組合（GbNAC072C/T、GbDEAH12G/C）對(duì)GbHOX3轉(zhuǎn)錄活性的影響。（o）各類轉(zhuǎn)基因材料中GbHOX3基因表達(dá)水平檢測(cè)。

藍(lán)景科信核心服務(wù)體系涵蓋DAP-seq、RNA-seq及ChIP-seq、ATAC-seq等組學(xué)技術(shù)，同時(shí)配套EMSA、Dual-LUC、Y1H、ChIP-qPCR等下游驗(yàn)證方案，并提供蛋白Pull-down、Y2H、Co-IP等全套蛋白互作服務(wù)。打造“組學(xué)檢測(cè)—功能驗(yàn)證—互作分析"一站式轉(zhuǎn)錄因子研究解決方案，支撐科研工作高效推進(jìn)！