棉花VOZ基因家族全基因组鉴定及GhVOZ2在热胁迫响应中的功能研究

本研究针对棉花VOZ(Vascular plant one zinc-finger)转录因子家族功能未知的问题，通过全基因组分析在10个棉种中鉴定出44个VOZ基因，发现GhVOZ2通过调控激素信号(auxin/BRs)和代谢通路(苯丙烷类/黄酮合成)正向调控棉花耐热性。研究为棉花抗逆育种提供了新靶点。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，高温胁迫已成为威胁棉花产量和品质的重要因素。作为重要的经济作物，棉花在生长过程中常遭遇干旱、盐碱和极端温度等非生物胁迫，其中热胁迫会导致棉花纤维发育异常和减产。然而，目前对棉花响应热胁迫的分子机制仍知之甚少，特别是VOZ这类在拟南芥和水稻中被报道参与胁迫响应的转录因子家族，在棉花中尚未被系统研究。

石河子大学生命科学学院的研究团队在《BMC Genomics》发表的研究，首次对10个棉花物种的VOZ基因家族进行了全基因组尺度分析。研究人员结合生物信息学预测、病毒诱导基因沉默(VIGS)和转录组测序(RNA-seq)技术，发现GhVOZ2通过调控生长素和油菜素内酯(BRs)信号通路，以及苯丙烷类、黄酮生物合成等代谢途径，显著增强棉花对热胁迫的耐受性。这项研究不仅填补了VOZ基因家族在棉花中的研究空白，还为培育抗逆棉花新品种提供了分子靶点。

关键技术方法

研究采用多组学联用策略：1)基于CottonMD数据库对10个棉种进行VOZ基因全基因组鉴定；2)通过RT-qPCR分析GhVOZ基因在不同组织和胁迫下的表达模式；3)利用VIGS技术构建GhVOZ2沉默株系；4)对沉默植株进行热胁迫处理并开展RNA-seq分析，筛选差异表达基因(DEGs)并进行KEGG富集分析。

研究结果

VOZ基因家族的系统鉴定

在3个二倍体棉种(G. herbaceum、G. arboretum、G. raimondii)中各鉴定出3个VOZ基因，在四倍体棉种(G. hirsutum、G. barbadense等)中鉴定出6个，符合棉花多倍化进化规律。系统发育分析将63个植物VOZ蛋白分为4个分支，棉花VOZ1与拟南芥AtVOZ2同源，VOZ2/3与AtVOZ1同源。

表达模式分析

组织特异性表达显示GhVOZ2A/D在所有组织中高表达，尤其在纤维发育20天(20 DPA)达到峰值。热胁迫下GhVOZ2A表达量显著上调6倍，显著高于其他胁迫响应。

功能验证

VIGS沉默GhVOZ2后，棉花叶片在45℃处理下出现严重萎蔫，而对照植株保持正常形态。转录组分析发现1497个DEGs，其中639个基因下调，涉及生长素信号(AUX/IAA、SAUR)、苯丙烷代谢(4CL、CCoAOMT)和脂肪酸延伸(KCS)等通路。

研究结论与意义

该研究首次系统揭示了棉花VOZ基因家族的进化特征和功能分化，证实GhVOZ2通过多重调控网络增强棉花耐热性：1)激活生长素和油菜素内酯信号转导；2)促进苯丙烷类和黄酮类保护性物质的合成；3)维持糖代谢和能量稳态。这些发现不仅深化了对植物VOZ转录因子功能的认识，更重要的是为利用分子育种技术培育抗高温棉花品种提供了理论依据和候选基因。研究采用的"全基因组鉴定-表达分析-功能验证"策略，也为其他作物抗逆基因研究提供了范式。