棉花纤维品质与产量性状的遗传解析：GbKAP基因调控细胞伸长与种子产量的机制研究

《Theoretical and Applied Genetics》：Genetic dissection of cotton fiber quality and yield components using an interspecific introgression population

本研究针对棉花纤维品质与产量性状的遗传基础解析难题，通过构建陆地棉与海岛棉的基因渗入系群体，结合多环境QTL定位，鉴定出66个稳定调控性状的QTL，并精细定位到一个调控纤维均匀度的关键基因GbKAP。功能验证表明该基因通过促进细胞伸长显著提升种子产量，为棉花分子育种提供了重要靶点与资源。

　　

通过利用源自海岛棉（Gossypium barbadense）品种Hai7124渗入到陆地棉（G. hirsutum）品种TM-1的染色体片段置换系（Chromosome Segment Substitution Lines, CSSLs）群体，研究人员对棉花纤维品质和产量相关性状进行了遗传解析。他们对117个CSSLs材料进行了重测序，共鉴定出总长度为4572 Mb的置换片段，基因组覆盖度达68.78%。

运用回归逐步似然比检验（Regression Stepwise-Likelihood Ratio Test, RSTEP-LRT）和复合区间作图（Composite Interval Mapping, CIM）两种方法，在四个不同环境/年份下同时检测到145个共同的数量性状位点（Quantitative Trait Loci, co-QTLs），其中65个与纤维品质性状相关，80个与产量构成因素相关。在这之中，有66个co-QTLs在至少两个环境/年份中被检测到，被认为是稳定表达的QTL。

研究团队进一步对一个稳定的纤维均匀度（Fiber Uniformity, FU）相关QTL——qFU-D04-1^b进行了深入验证。他们利用优良渗入系CSSL25与TM-1杂交产生的F₂和F_2:3次级分离群体，将该QTL精细定位到D04染色体上一个762 kb的区域内。在此区间内，一个名为GbKAP的基因（编码角质关联蛋白，Keratin-Associated Protein）在CSSL25中的纤维伸长阶段表现出比TM-1更高的转录水平。与TM-1中的同源基因相比，CSSL25中的GbKAP基因在其编码区存在一个非同义单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism, SNP），并且其启动子区域含有三个特异性的转录因子结合位点。

为了探究GbKAP的功能，研究人员在拟南芥中进行了异源表达实验。结果表明，GbKAP的表达导致拟南芥的根长、根细胞长度、下胚轴长度、莲座叶生长、株高以及种子大小和重量均显著增加。这证实了GbKAP在调控细胞伸长和种子产量方面扮演着重要角色。该项研究为改良陆地棉的纤维品质和产量性状提供了宝贵的遗传资源和理论依据。