10月1日，棉花遺傳改良團隊在Plant Physiology and Biochemistry 期刊發表了題為“Natural variation in GhKASI_A05 modulates cottonseed oil content in Gossypium hirsutum L”的研究論文。該研究解析了棉花β-酮酰基-[酰基載體蛋白]合成酶（GhKASI）調節棉籽油積累的分子機制。
棉花是我國重要的經濟作物，除了棉花纖維可以為紡織業提供原材料外，棉籽中豐富的蛋白和油份在飼料和植物油的應用中同樣具有很高的經濟價值，棉籽油中富含對人體有益的不飽和脂肪酸，如亞油酸（C18:2）和油酸（C18:1）。作為植物中催化脂肪酸（FA）從頭合成的關鍵酶，KASI調節FA鍊從C4到C16的延伸，在水稻、油菜、芝麻等植物中已報道KASI影響植物生長發育的多個方面，包括植物種子發育、脂肪酸含量、葉綠體發育等，但KASI對棉籽油調節的研究還未有相關報道。
該研究利用503份陸地棉種質資源群體，以脂肪酸代謝路徑的相關基因進行候選基因關聯分析，發現位于A亞組的KASI（GhKASI_A05）與棉籽油含量（SOC）顯著相關。為了确定該基因調節棉籽油的分子機制，該研究在高油種質（Hap_pro_D）和低油種質（Hap_pro_I）中對GhKASI_A05進行序列分析，發現位于GhKASI_A05啟動子上的一個11bp的插入缺失（Indel）與SOC顯著關聯，開發的相關标記獲批國家發明專利（陸地棉棉仁含油量基因GhKAS1的分子标記及其篩選方法，ZL201810200184.4）。啟動子活性分析，GUS染色分析表明該變異影響GhKASI_A05的基因表達水平。
圖1 GhKAS1_A05啟動子變異影響基因表達水平
根據已有報道，植物AP2/EREBP家族轉錄因子WRINKLED1（WRI1）調節種子油的積累，為了鑒定調節GhKAS1_A05的關鍵調節因子，本研究篩選了一個在棉花種胚發育時期優勢表達的GhWRI1基因，并通過LUC、Y1H以及EMSA互作分析，證明了GhWRI1蛋白可以直接與GhKASI_A05啟動子上的AW-box順式調控元件結合，激活GhKASI_A05的表達，并且該蛋白對11bp缺失的單倍型GhKASI_A05啟動子的激活能力強于11bp插入的單倍型。
圖2 GhWRI1直接結合并激活GhKAS1_A05的表達
最後，本研究利用種子特異啟動子（棉花種胚發育25DPA）過表達GhKASI_A05基因，轉基因棉花的種子大小、百粒重、蛋白質含量以及C16:0和C18:1含量增加，但SOC降低。本研究結果為GhKASI在棉花育種中提供了新的見解。
圖3 GhKAS1調節棉籽油積累的工作模型
原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2024.109159
博士研究生樂愉為該論文的第一作者，已畢業的碩士研究生趙文霞和劉欣欣開展了基因分型和表型考察，博士研究生陳美林和本科生熊新輝參與了分子機制研究。林忠旭教授為論文通訊作者，張獻龍院士參與了本項目研究。該研究得到了國家自然科學基金（32172025）和國家重點研發計劃項目（2023YFD2301200）的資助。
