棉花SA-40品系棕色纤维表型与GhTT2_A07上游Ty3-like反转录转座子缺失的关联机制及其在天然阻燃纤维育种中的应用

这篇研究揭示了棉花SA-40品系锈棕色纤维形成的分子机制：通过F2群体定位发现其表型与A07染色体上GhTT2_A07基因上游Ty3-like LTR反转录转座子缺失直接相关。该转座子在所有测试的132个白色棉花品种中均存在，其缺失导致GhTT2_A07表达上调（SA-40中179倍，MC-BL中756倍），激活苯丙烷(phenylpropanoid)和类黄酮(flavonoid)通路，促进原花青素(PAs)积累。研究首次证实纤维颜色深浅与GhTT2_A07表达量呈正相关，并为天然阻燃(FR)纤维育种提供了新靶点。

　　

锈棕色纤维表型与遗传特征

棉花品系SA-40表现出独特的锈棕色纤维表型，其颜色参数（L=44.2, a=14.3, b=24.1）显著区别于白色棉TM-1（L=89.1, a=0.2, b=4.3）。F₁代杂交种呈现不完全显性的棕褐色中间表型，F₂代符合3:1分离比（χ²=2.06），表明该性状受单基因控制。值得注意的是，F₂棕色纤维群体表现出显著的阻燃性提升——热释放容量（HRC）降低23%，残炭率提高38%，暗示色素积累与阻燃性存在协同效应。

基因定位与转座子缺失的发现

通过BSA-seq在A07染色体鉴定到3.37 Mb的关键区间（标记CC0001-CCU0011），其中SNP标记CFBU0022与表型完全共分离。序列比对揭示SA-40在GhTT2_A07上游7.5 kb处缺失10.7 kb的Ty3-like转座子（含2877 bp LTR和4687 bp多蛋白编码区），而所有132个白色棉品种均保留该元件。该转座子与裂殖酵母Tf2-1同源（93%），属于Ty3/Gypsy家族的Metaviridae组，可能通过表观沉默机制抑制下游基因表达。

转录调控与通路激活

RNA-seq显示SA-40中GhTT2_A07表达量较TM-1上调179倍，低于MC-BL的756倍（因1.4 Mb倒位完全移除转座子）。这种剂量效应直接调控苯丙烷通路：苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合成酶（CHS）等73个基因被激活，驱动原花青素合成关键酶ANS、ANR和LAR表达上调。值得注意的是，MBW复合体中TTG1和TT8仅在MC-BL中上调3-4倍，说明GhTT2_A07是颜色深浅的主效调控因子。

进化与育种启示

研究提出假说：白色棉可能在驯化过程中获得转座子插入，通过抑制PA途径改善纤维品质。而SA-40代表"未插入"的原始基因型，MC-BL则通过倒位产生超强等位基因。这种"转座子开关"机制为精准育种提供新策略——通过编辑GhTT2_A07调控区可获得从浅棕到深褐的纤维颜色梯度，同时协同提升阻燃性。研究还发现阻燃表型需要PA与未知因子的互作，这为开发兼具美学与功能性的天然纺织材料指明方向。

技术方法的创新性

研究整合多组学方法：BSA-seq定位（5 Mb分箱）、SNP标记开发（ΔCt优化）、RNA-seq（FDR<0.05）和MCC阻燃测试（1.2°C/s升温）。特别是采用CIELab色空间量化ΔE值，建立基因表达-颜色参数-阻燃指标的定量关系，为表型精准鉴定提供范例。