【Plant Communications】棉花遗传改良团队联合新疆农业科学院揭示棉花果枝夹角调控新机制，发掘黄褐棉稀有变异助力棉花密植增…

　　

（通讯员 徐志勇）中国是全球最大的棉花生产国和消费国。棉花作为重要的战略物资，其生产与消费安全直接关系到国计民生。新疆是我国最大的产棉区，种植面积常年稳定在3500万亩以上，其中机采棉占比已超过90%。紧凑的株型结构是实现机械化采收和密植增产的关键前提，而果枝夹角是决定株型紧凑程度的核心性状。因此，定向改良果枝夹角对于棉花株型遗传改良具有重要意义。

近日，我校棉花遗传改良团队和新疆农业科学院在国际学术期刊《植物通讯》上发表了题为“The GATA5–GhFBA1_At–KNAT7 module regulates fruit branch angle and high-density yield by controlling cell expansion and cell wall thickness in cotton”的研究论文。该研究成功地从四倍体野生棉种黄褐棉中克隆了调控棉花果枝夹角的主效基因GhFBA1_At，系统揭示了调控棉花果枝夹角的分子机制，并创制了株型紧凑且高产的棉花新种质。

近十几年来，随着耕地资源向粮食作物倾斜，棉花种植面积不断压缩。如何在有限的土地上实现棉花增产，是产业面临的重大挑战。高密度种植是提高单位面积产量的有效途径，但传统棉花品种株型松散、果枝角度大，密植后易造成田间郁蔽、通风透光差，反而导致减产。因此，培育果枝夹角小、株型紧凑的棉花品种，成为棉花现代育种的重要方向。

研究人员利用以陆地棉为遗传背景的黄褐棉渐渗系群体，通过全基因组关联分析和图位克隆，成功鉴定到控制棉花果枝夹角的主效基因GhFBA1_At。进一步研究发现，上游光响应转录因子GATA5可直接结合GhFBA1_At启动子并激活其表达。GhFBA1_At蛋白进入细胞核后，与细胞壁合成关键转录因子KNAT7发生物理互作，并抑制KNAT7的蛋白积累。KNAT7蛋白丰度下降会减弱其对下游靶基因IRX9的转录激活，从而抑制半纤维素合成，促进细胞扩张并降低细胞壁厚度，最终导致棉花果枝夹角增大。

ZIP4_At调控棉花蕾铃脱落率（SBAR）的模型

此外，研究人员在野生棉种黄褐棉中鉴定到一个8,260 bp的大片段缺失。该缺失覆盖了GhFBA1_At基因的启动子及部分编码区，导致其功能丧失。不同棉种中的进化分析表明，该缺失变异为黄褐棉所特有，在二倍体祖先种、陆地棉和海岛棉栽培种中均不存在，推测是在二倍体棉种多倍化后、黄褐棉独立进化过程中形成的。通过杂交和回交将这一缺失变异导入优良陆地棉栽培种，可定向改良棉花的株型结构，实现密植增产。田间密度试验进一步证实，在较高种植密度下，GhFBA1_At敲除株系的产量显著高于野生型。

该研究不仅揭示了“GATA5–GhFBA1_At–KNAT7”模块调控棉花果枝夹角的全新分子机制，还从野生棉中挖掘到一个可直接用于分子标记辅助选择的优异等位基因，为棉花理想株型分子设计育种提供了理论依据和实用工具。

华中农业大学博士研究生徐志勇为论文第一作者，华中农业大学林忠旭教授和新疆农业科学院杨洋副研究员为论文共同通讯作者，华中农业大学张献龙院士参与了本项目的设计和指导。本研究得到了新疆人才发展基金张献龙院士工作站（XL202403-02）、国家自然科学基金（32060497）、新疆农科院院自主培育项目（xjnkycxzx-2022001）和国家重点研发计划（2022YFD1200301）的资助。

论文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(26)00268-3

审核人：林忠旭