GWAS分析揭示陆地棉冷胁迫响应新基因GH_A03G1754的ERF家族调控机制

为解决棉花苗期低温胁迫导致的生长抑制问题，研究人员通过GWAS（全基因组关联分析）对346份陆地棉种质资源进行冷胁迫表型分析，鉴定出与根长(RL)、鲜重(FW)和干重(DW)显著关联的14个SNP位点，并验证ERF家族基因GH_A03G1754通过调控抗氧化酶活性正向调节棉花耐冷性。该研究为棉花耐冷分子育种提供新靶点。

　　

棉花作为全球重要的经济作物，其苗期常遭遇"倒春寒"等低温胁迫，导致生长迟缓和产量下降。然而，棉花起源于低纬度地区，祖先种缺乏耐冷性，传统育种改良进展缓慢。尽管已有研究报道部分耐冷相关基因（如GhSAD1、GhSAL），但调控网络仍不清晰。中国新疆农业科学院等机构的研究人员通过大规模种质资源分析，首次系统解析了陆地棉耐冷性状的遗传基础，相关成果发表于《Plant Stress》。

研究团队选取346份中国主产区的陆地棉核心种质，在4°C低温胁迫下测定苗期根长(RL)、鲜重(FW)和干重(DW)表型，结合全基因组重测序获得的926,032个SNP标记进行GWAS分析。通过群体遗传结构分析、单倍型分型、候选基因表达验证及病毒诱导基因沉默(VIGS)等技术，揭示了关键耐冷调控通路。

3.1 群体表型变异
三组重复数据显示FW和DW变异系数高达37.86%和46.93%，显著高于RL（17.8%），且FW与DW呈现强相关性（r=0.793），表明生物量指标对低温更敏感。

3.3 遗传分化与耐冷关联
群体分为4个亚群（G1-G4），连锁不平衡衰减距离为300 kb。D04亚群与其它亚群遗传分化指数F_ST最高达0.109，提示其可能携带独特耐冷等位基因。

3.4 全基因组关联分析
共鉴定14个显著SNP，其中A03_102898869和D04_49614725分别在FW和DW关联分析中重复出现。单倍型分析显示携带GG基因型的材料FW比AA型高20%，TT基因型材料DW比CC型高15%。

3.5 候选基因筛选
在A03（102.82-103.09 Mb）和D04（49.33-49.91 Mb）关键区间筛选出10个含低温响应顺式元件的基因，其中GH_A03G1754（ERF113同源基因）在耐冷材料20S2-3中表达量较敏感材料Xinjicai 1高3倍。

3.6 GH_A03G1754功能验证
VIGS沉默该基因后，植株MDA含量上升40%，POD活性下降35%，O₂^-积累增加2倍，叶片萎蔫程度显著加剧，证实其通过调控氧化应激响应增强耐冷性。

该研究首次将A03/D04染色体位点与棉花耐冷性建立分子联系，发现ERF家族新成员GH_A03G1754通过激活抗氧化酶系统缓解低温损伤。相较于前人报道的GhSAD1（短链脱氢酶）和GhSAL（黄酮合成调控）等基因，本研究揭示的转录调控机制为耐冷育种提供了更上游的分子开关。研究建立的SNP标记可直接用于分子标记辅助选择，而GH_A03G1754的遗传操作有望突破棉花早春低温障碍，对保障新疆等主产区棉花稳产具有重要意义。