棉花腺体,又称为色素腺体或棉酚腺体,是棉属植物及其近缘植物所特有的结构,色素腺体空腔中储存着大量棉酚及其他次级代谢产物,致使腺体呈现褐色或黑褐色,同时为棉花抵御害虫和病菌提供重要的防御物质。
本研究对无腺体和有腺体棉花品种进行了比较转录组分析。筛选到22个与色素腺体相关的转录因子,并具有表达特异性。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,色素腺体明显消失。进一步的研究表明,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。CGP1的RNAi植株和CRISPR突变体都表现出与显性无腺体突变体Gl2e相似的无腺体表型,组织切片分析表明CGP1基因敲除不影响腺体结构和密度,但影响腺体色素沉积。在cgp1突变体中,棉酚和相关萜类化合物的含量显著降低,一些棉酚生物合成基因在转录水平上显著下调。该基因的克隆及在功能机制的解析,为棉花抗病虫育种提供了重要的理论基础和遗传资源,同时也为培育低酚棉品种提供一定的参考价值。
2020年1月21日,上述研究成果以”The gland localized CGP1 controls gland pigmentation and gossypol accumulation in cotton”为题发表在Plant Biotechnology Journal杂志上。
CGP1、GoPGF和CGFs在调节棉花色素腺体发育及其呈色的网络示意图