棉纖維作為紡織工業的重要原料，其品質改良一直是棉花育種的核心目标之一。其中，纖維強度是衡量棉纖維品質的關鍵指标，在紡織工業中，高強度的纖維更受青睐。陸地棉（G. hirsutum）和海島棉（G. barbadense）是當代棉花栽培的兩大主要品種，其中海島棉以其優異的纖維品質聞名。深入挖掘和利用海島棉的基因組資源，将有助于解析海陸種間纖維強度差異的遺傳基礎，進而推動陸地棉纖維品質的遺傳改良。然而，纖維強度是一種複雜的數量性狀，目前僅有少數調控纖維強度的基因被鑒定，棉纖維強度形成的遺傳基礎及其分子調控機制仍缺乏深入解析。
近日，77779193永利官网林忠旭教授課題組在《Journal of Advanced Research》雜志發表了題為“NAC transcription factor GbNTL9 modifies the accumulation and organization of cellulose microfibrils to enhance cotton fiber strength”的研究論文。該研究從陸地棉鄂棉22（E22）和海島棉3-79回交自交系BIL群體中篩選到一個纖維品質優良的家系，命名為BS41。以陸地棉E22和BS41為親本的分離群體，圖位克隆了一個控制纖維強度的NAC轉錄因子GbNTL9（圖1）。
圖1. GbNTL9的圖位克隆
NTL9編碼一個具有NTM結構域的NAC轉錄因子，為了驗證NTL9确切的基因功能，作者采用35S啟動子超表達陸地棉基因型的NTL9E22、采用纖維特異啟動子超表達海島棉基因型的NTL9BS41、采用基因編輯載體敲除GhNTL9。2種超表達材料的纖維強度顯著提升，基因敲除材料的纖維強度無顯著變化（圖2）。
圖2. NTL9轉基因系（35S::NTL9E22，exp::NTL9BS41和CRISPR GhNTL9）的表達分析與纖維表型
進一步研究發現，NTL9通過促進纖維素微纖維在細胞壁上的緊密堆積排列來增加纖維強度（圖3）。轉錄組分析表明NTL9抑制了一系列次生壁合成相關基因（如CESA4、CESA7和CESA8等）的表達，這種纖維素的延緩合成可能改變了纖維素微纖維的沉積模式，從而提高纖維強度。NTL9與MYB6在體内存在物理相互作用，且NTL9是ERF轉錄因子（GhERF5，GhERF7，GhERF9，GhERF12）的下遊靶标，可能通過乙烯信号途徑參與纖維強度的調控（圖4）。此外，作者還發現NTL9基因第二個外顯子上的一個24-bp插入型InDel為海島棉所特有，且對纖維強度有正向效應。基于該InDel，作者開發了一種能夠有效區分陸地棉和海島棉基因型的分子标記，為分子标記輔助選擇育種提供了實用工具。綜上所述，該研究不僅為棉花纖維品質的遺傳改良提供了重要的基因資源，還為解析纖維強度的遺傳調控機制提供了新的理論依據。
圖3. 親本和轉基因系纖維細胞壁形态結構
圖4. NTL9參與纖維次生壁增厚的分子調控模型
77779193永利官网已畢業博士生吳迷為該論文第一作者，77779193永利官网/作物遺傳改良全國重點實驗室林忠旭教授和青島農業大學農學院李夕梅副教授為論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金（No. 32001592）和湖北省重點研發項目（No. 2023BBB050）的資助。
原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.02.022
