GhGATA1调控GhAAO9表达影响棉花花粉发育与雄性不育的机制研究

《Plant Physiology and Biochemistry》：The regulation of GhAAO9 expression by GhGATA1 during pollen development is essential for male fertility in cotton

本研究揭示了棉花雄性不育的新机制：转录因子GhGATA1通过结合GhAAO9启动子区域抑制其表达，导致花粉活力显著下降（仅存4%）和花粉管萌发异常。该发现为作物雄性不育育种提供了重要靶点（AAO、GATA1），对理解植物生殖发育具有重要理论价值。

　　

^研究亮点

^植物材料

棉花（Gossypium hirsutum）CCRI24植株种植于中国农业科学院棉花研究所安阳基地，培养条件为12/12小时光暗循环，温度范围26-30℃。

^{GhAAO9生物信息学分析}

从棉花功能基因组数据库（CottonFGD）获取G.arboreum和G.barbadense基因组数据，通过ZJU鉴定棉花AAO家族成员。使用Batch CDSearch、Pfam和SMART工具验证序列，最终确认G.hirsutum（GhAAOs）、G.barbadense（GbAAOs）、G.arboreum（GaAAOs）和G.raimondii（GrAAOs）分别含有22、19、8和10个AAO成员（图S1）。根据染色体定位分别命名，其中GhAAO9因其最长的基因结构（含6个外显子）和典型AAO结构域被选为研究对象。

^{AAOs鉴定与生物信息学分析}

系统进化分析显示GhAAO9与拟南芥AtAAO3同源性最高（72%），其蛋白含有保守的铜离子结合位点（H₈₁-X-H₈₃）和底物结合口袋。亚细胞定位预测显示GhAAO9为分泌蛋白，可能通过调控胞外活性氧（ROS）平衡影响花粉管细胞壁松弛。

^讨论

雄性不育是作物育种的关键工具，而花药正常开裂与花粉管精准导向对维持植物育性至关重要。本研究首次在四倍体棉花中证明GhAAO9功能缺失会导致花粉活力骤降至4%，且残留花粉管出现严重定向生长缺陷。这与拟南芥、大麦等二倍体植物中AAO功能具有显著差异，暗示多倍体作物可能演化出独特的生殖调控网络。

^结论

GhAAO9通过维持花粉管细胞壁扩展所需的ROS稳态，保障棉花受精成功。GhGATA1转录抑制导致的GhAAO9下调是雄性不育表型的关键诱因，该调控轴为棉花杂交育种提供了新靶点。