近日，我系祝水金/赵天伦团队在New Phytologist发表了题为“GoPGS regulates cotton pigment gland size and contributes to biotic stress tolerance through jasmonic acid pathways”的研究论文，发现了控制色素腺体大小的负调控基因GoPGS，揭示了该基因通过茉莉酸途径调控棉花色素腺体大小和生物胁迫抗性的分子机制。
病虫害发生是制约棉花产量和纤维品质的主要因素之一。色素腺体是棉属及其近缘植物特有的结构，通常以深色不透明的点状分布于棉花大多数组织器官上，其内含物在棉花病虫害抗性中起重要作用。因此，研究色素腺体发育的调控机制，挖掘色素腺体发育的新基因，可为棉花抗性改良提供理论依据与基因资源。
该研究通过比克氏棉单细胞转录组分析，发现了一个色素腺体特异表达的VQ蛋白候选基因，命名为GoPGS（Gossypium Pigment Gland Size）。通过病毒介导的基因沉默技术和CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术证实，沉默或敲除GoPGS基因，可显著提升色素腺体的大小，色素腺体体积约为对照的8（图1）。
图1 沉默或敲除GoPGS可显著提升棉花色素腺体的大小
通过酵母单杂、凝胶迁移实验以及双荧光素酶报告基因检测等多种方法，证实控制色素腺体形成的GoPGF转录因子可直接激活GoPGS的转录。结合转录组分析和外施茉莉酸甲酯试验，揭示了茉莉酸对色素腺体大小的正向调控作用。进一步通过植株抗性鉴定，明确了GoPGS基因负调控茉莉酸合成，从而调控色素腺体大小及其内含物的积累，进一步影响棉花的生物胁迫抗性（图2）。该研究鉴定的色素腺体新调控因子GoPGS，可通过基因编辑等方法用于高抗病虫害棉花新种质系创制。
图2 沉默GoPGS可通过调控茉莉酸途径提升棉花生物胁迫抗性。
浙江大学博士生孙悦为该论文的第一作者，赵天伦副研究员和祝水金教授为该论文通讯作者，浙江大学海南研究院的蒋萌副研究员、澳大利亚CSIRO的朱乾浩研究员和石河子大学的孙杰教授对该论文给予了指导和帮助。研究得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，江苏省现代作物生产协同创新中心和中国博士后科学基金的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19884