GhPIPL7小肽通过激活MPK3/6信号通路增强棉花耐盐性的功能解析与分子育种潜力

土壤盐渍化严重威胁棉花生产，而内源小肽在盐胁迫响应中的作用尚不明确。本研究系统鉴定了棉花IDL/PIPL基因家族，发现GhPIPL7通过激活MPK3/6信号通路和维持Na+/K+稳态显著增强耐盐性，为分子育种提供了新靶点。

　　

随着全球土壤盐渍化加剧，棉花作为重要经济作物面临严峻挑战。盐胁迫会抑制种子萌发、降低光合效率并导致棉铃脱落，而传统育种手段难以快速培育耐盐品种。更棘手的是，植物内源性小肽（Small Peptides, SPs）在盐胁迫响应中的调控机制仍属研究空白。这类长度小于100个氨基酸的信号分子，如IDA/IDL和PIP/PIPL家族成员，虽在发育和逆境适应中具有重要作用，但其在棉花中的功能鲜有报道。这促使科学家思考：能否挖掘棉花内源小肽的耐盐潜能？其作用机制是否涉及已知的MAPK信号通路？

为回答这些问题，国内某研究团队在《Industrial Crops and Products》发表了突破性研究。研究人员首先通过基因组学手段系统鉴定了4个棉种中63个IDL和29个PIPL基因，结合进化分析和表达谱筛选出盐胁迫响应的关键基因GhIDL02和GhPIPL7。利用病毒诱导基因沉默(VIGS)和合成肽处理，证实二者通过调节Na⁺/K⁺平衡增强耐盐性。进一步通过转录组和磷酸化分析，首次揭示GhPIPL7通过激活丝裂原活化蛋白激酶MPK3/6（Mitogen-activated protein kinase 3/6）传递盐胁迫信号。

关键技术包括：基于BLASTP和HMM的基因家族鉴定、跨物种共线性分析（MCScanX）、qRT-PCR验证、VIGS基因功能研究、原子吸收光谱（AAS）测定离子含量、叶绿素荧光成像（IMAGING-PAM）、RNA-seq转录组分析以及免疫印迹检测MPK3/6磷酸化水平。

3.1 棉花IDL/PIPL基因家族的系统鉴定
研究人员在二倍体（G. arboreum、G. raimondii）和四倍体棉花（G. hirsutum、G. barbadense）中鉴定出IDL和PIPL基因，发现四倍体棉种基因数量显著增加，表明多倍化过程中的基因复制事件驱动了家族扩张。蛋白特性分析显示IDL前体含保守PPSG/APSXXXN结构域，而PIPL具有SGPSXXGXGH特征基序。

3.2 进化关系与基因结构特征
系统发育分析将92个基因分为5个亚群，同一亚群成员具有相似的基因结构和保守基序。例如GhIDL04形成独立进化支，暗示功能分化；而GhIDL06与GrIDL03的旁系同源关系揭示了种间基因复制事件。

3.4 共线性与复制模式
四倍体棉花中74%-77%的IDL/PIPL基因形成共线性对，显著高于二倍体。G. hirsutum与G. raimondii的共线性更强，支持D基因组供体在四倍体演化中的关键作用。

3.5 顺式调控元件分析
启动子区富含光响应元件（G-box）和胁迫相关元件（ARE、MBS），其中ABA响应元件占比最高，暗示激素与逆境信号的交叉调控。

3.7 盐旱胁迫下的表达模式
GhIDL02和GhPIPL7在盐/旱胁迫下持续上调，而GhPIPL10呈现瞬时响应。qRT-PCR验证显示GhPIPL7在盐处理24h后表达量激增8倍，成为关键候选基因。

3.8 VIGS验证基因功能
沉默GhPIPL7导致盐胁迫下叶绿素含量下降40%，F_v/F_m（光系统II最大量子产额）降低23%，且Na⁺/K⁺比失衡。Trypan Blue染色显示细胞死亡加剧，证实其不可或缺的耐盐功能。

3.9 外源肽处理实验
1μM合成GhPIPL7肽（序列GIKDNSGPSTSGPGH）使盐胁迫棉苗鲜重增加35%，叶绿素含量提升2倍，且Na⁺积累减少42%，证明其应用潜力。

3.10 转录调控网络解析
RNA-seq发现GhPIPL7处理激活1997个差异基因，MAPK通路（含42个上调基因）和JA信号通路显著富集。关键调控节点包括LRR-RLK受体激酶和WRKY转录因子。

3.11 MPK3/6信号通路的证实
免疫印迹显示GhPIPL7处理15分钟内即诱导MPK3/6磷酸化，而沉默该基因使磷酸化水平降低60%。在MPK3/6沉默植株中，GhPIPL7的耐盐效应完全消失，确立MPK3/6为必需下游元件。

这项研究首次阐明棉花小肽GhPIPL7通过"肽-受体-MPK3/6"信号模块调控耐盐性的分子机制。其创新性体现在三方面：一是发现IDL/PIPL家族在四倍体棉花中的扩张规律；二是解析GhPIPL7通过双重机制（离子稳态和光合保护）增强耐盐性；三是确立MPK3/6作为保守信号枢纽的地位。研究不仅为棉花抗逆育种提供新靶点（如GhPIPL7基因编辑或外源肽应用），更拓展了对植物肽激素信号网络的认识。未来研究可聚焦GhPIPL7的受体鉴定及其与ABA等激素信号的互作机制，推动该成果向田间应用转化。