GhHDZ50通过调控脂肪酸生物合成途径正向调控陆地棉纤维伸长的分子机制

本研究针对棉花纤维伸长分子机制不明的科学问题，通过功能基因组学手段解析了HD-Zip IV家族转录因子GhHDZ50的调控网络。研究人员发现GhHDZ50通过直接激活脂肪酸合成相关基因GhLAC6和GhLOX5的表达，并与GhTCP3互作形成调控模块，显著影响纤维伸长。该研究为棉花纤维品质改良提供了新靶点，发表于《Plant Science》。

　　

棉花作为全球重要的经济作物，其纤维品质直接影响纺织工业的发展。纤维长度是决定棉纤维品质的关键指标，而这一性状主要受纤维伸长阶段的分子调控网络控制。尽管前人研究发现MYB、bHLH、WRKY等多个转录因子家族参与调控，但HD-Zip IV家族成员在纤维伸长中的具体作用机制仍存在大量未知。特别是脂肪酸代谢途径与纤维伸长的关联性，尚未在分子层面得到充分阐释。

江西省农业科学院的研究团队通过系统研究，揭示了GhHDZ50这一HD-Zip IV亚家族转录因子在调控陆地棉纤维伸长中的核心作用。研究发现，GhHDZ50通过直接调控脂肪酸生物合成途径关键基因的表达，并与TCP家族转录因子GhTCP3形成互作模块，共同影响纤维细胞伸长进程。该成果不仅完善了棉花纤维发育的分子调控理论，更为分子设计育种提供了重要靶点。

研究主要采用基因功能验证（拟南芥异源表达和棉花CRISPR-Cas9敲除）、蛋白互作检测（酵母双杂交Y2H和荧光互补LCI）、转录调控分析（酵母单杂交Y1H和双荧光素酶报告系统）等技术手段，结合RNA-seq转录组测序，系统解析了GhHDZ50的分子功能。实验材料包括5 DPA（开花后5天）的陆地棉纤维组织。

Expression pattern of GhHDZ50 and its protein conservative domain Analysis
系统发育分析显示GhHDZ50与已知正向调控纤维伸长的GhHDZ76和GhHOX4聚为一簇。时空表达谱证实其在纤维快速伸长期（5 DPA）特异性高表达，亚细胞定位显示其编码蛋白定位于细胞核。保守结构域分析发现其具有典型的HD-Zip IV家族特征，包括同源异型域（HD）和亮氨酸拉链（LZ）模块。

Effect of GhHDZ50 on cotton fiber development
功能实验表明：拟南芥过表达GhHDZ50导致叶片毛状体和根毛显著伸长；棉花中敲除该基因则使纤维长度缩短15.7%。转录组分析发现敲除体中山梨醇脱氢酶（GhSAD）、乙烯合成酶（GhACS）及微管蛋白（GhTUB）等基因表达下调，暗示其可能通过多通路协同调控纤维伸长。

分子机制解析
生化实验证实GhHDZ50直接结合脂肪酸合成相关基因GhLAC6和GhLOX5的启动子并激活其转录。值得注意的是，GhTCP3能与GhHDZ50发生物理互作，并通过竞争性结合抑制其对下游靶基因的转录激活活性，形成精细的反馈调控环路。

该研究首次阐明HD-Zip IV转录因子通过脂肪酸代谢途径调控纤维伸长的分子机制，创新性地发现GhHDZ50-GhTCP3互作模块的动态平衡对纤维伸长具有精确调控作用。研究成果为突破棉花纤维品质改良的瓶颈提供了理论依据，其中鉴定的关键基因和互作网络可作为分子标记应用于育种实践。此外，研究揭示的脂肪酸代谢与细胞伸长关联机制，为其他作物经济性状的遗传改良提供了新思路。