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棉花是世界上重要的天然纤维作物，随着纺织工业的进步，如何改善纤维品质是当前棉花生产面临的主要问题 (Zafar et al., 2024)。油菜素内酯（BRs）是一种重要的植物激素，在调节棉花纤维和胚珠发育过程中发挥关键作用 (Yang et al., 2014；Shi et al., 2022)。然而，在棉花中BR信号途径调控纤维伸长的机制仍不清楚。

近日，中国农业科学院棉花研究所李付广/杨作仁研究员团队在The Plant Journal在线发表了题目为“GhEXL3 participates in brassinosteroids regulation of fiber elongation in Gossypium hirsutum”的研究论文，揭示了棉花中GhEXL3 参与BR信号途径调控纤维伸长的分子机制。

该研究通过对BR缺陷型突变体pagoda 1 (pag1) 和BR信号途径核心转录因子BRI1-EMS-SUPPRESSOR 1 (GhBES1.4) 转基因棉花纤维转录组联合分析，鉴定到GhBES1.4下游一个靶基因GhEXL3。为进一步验证GhEXL3在棉纤维伸长中的功能，研究团队创制了GhEXL3基因过表达和基因编辑敲除转基因棉花材料。发现GhEXL3过表达促进纤维伸长，而利用基因编辑技术，敲除该基因后纤维缩短，表明GhEXL3正向调控棉纤维伸长。体内外一系列生化实验证实GhBES1.4可以结合到GhEXL3启动子区域的BES1结合元件E-box上，进而调控GhEXL3的表达，表明GhEXL3是GhBES1.4的靶标基因。将GhBES1.4-RNAi和GhEXL3-OE棉花材料进行杂交，从遗传学上证实GhEXL3位于GhBES1.4下游。对GhEXL3过表达棉花纤维进行转录组学分析，结果显示，GhEXL3的过表达上调了EXPs、XTHs等与纤维细胞伸长相关基因的表达。综上，该研究阐明了BR通过其信号途径核心转录因子GhBES1.4激活GhEXL3，进而影响纤维伸长相关基因的表达，最终促进纤维伸长的分子机制（图1）。

图1 GhEXL3参与BR信号途径调控纤维伸长的工作模型

中棉所棉花分子遗传改良创新团队杨作仁研究员为该论文通讯作者，团队李付广研究员共同设计并指导了该研究。郑州大学硕士研究生张昌盛、郑州大学农学院刘钊副研究员为该论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、新疆自然科学基金和河南省自然科学基金等项目的资助。

参考文献：

Zafar, M.M., Iqbal, M.S., Kamal, H., Khan, A.I., Sarfraz, Z., Saeed, A., Razzaq, A. and Shakeel, A. (2024) Advancing heat tolerance in cotton through integration of multiple stress tolerance indices and multivariate analyses. Int. J. Agric. Biosci, 13, 65-75.

Yang, Z., Zhang, C., Yang, X., Liu, K., Wu, Z., Zhang, X., Zheng, W., Xun, Q., Liu, C., Lu, L., Yang, Z., Qian, Y., Xu, Z., Li, C., Li, J. and Li, F. (2014) PAG1, a cotton brassinosteroid catabolism gene, modulates fiber elongation. New Phytol, 203, 437-448.

Shi, H.Y., Li, X.P., Lv, M.H. and Li, J. (2022) BES1/BZR1 Family Transcription Factors Regulate Plant Development via Brassinosteroid-Dependent and Independent Pathways. Int J Mol Sci, 23.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16995