《Plant Gene》：Comparative transcriptome analysis identifies ABA/ethylene signaling components and WGCNA hub genes underlying defoliant sensitivity in
Gossypium barbadense
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摘要阐明植物对脱叶剂响应的调控机制对于培育适配机械化收获的棉花品种至关重要。本研究对比了两种海岛棉（Gossypium barbadense L.）基因型：XH35（对脱叶剂敏感）和XKK4102（对脱叶剂不敏感）。在施用噻草酮-莠去津复合脱叶剂后的12、24和48小时分别采
摘要
阐明植物对脱叶剂响应的调控机制对于培育适配机械化收获的棉花品种至关重要。本研究对比了两种海岛棉（Gossypium barbadense L.）基因型：XH35（对脱叶剂敏感）和XKK4102（对脱叶剂不敏感）。在施用噻草酮-莠去津复合脱叶剂后的12、24和48小时分别采集叶组织样本。转录组分析和差异表达比较揭示了差异表达基因（DEGs）的丰度呈时间依赖性扩增，反映出累积的生理响应。基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析表明，这些DEGs主要集中于植物激素信号转导、植物-病原互作以及有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路。其中，若干潜在调控脱叶响应的关键位点被优先筛选，包括Gbar_A11G002580、Gbar_A05G004030、Gbar_D05G022860和Gbar_A08G023130。此外，加权基因共表达网络分析（WGCNA）表明，棕色模块与内源脱落酸（ABA）含量之间存在极强相关性（r = 0.98）。在该网络中，两个枢纽基因（Gbar_D02G007850和Gbar_D10G005190）被鉴定为叶片脱落的潜在调控因子。同时，转录因子Gbar_A09G007510与脱叶剂敏感性呈强正相关，而Gbar_D05G019730的转录在处理后期近乎完全抑制。总体而言，这些发现深化了我们对驱动棉花脱叶过程中大分子网络的认知，并为标记辅助育种和遗传改良提供了宝贵的候选靶标。
引言
转向机械化收获是现代棉花种植中降低劳动力成本的关键举措。在此背景下，化学脱叶剂的施用效率——尤其是噻草酮和莠去津等药剂——直接决定了机器采摘产量和品质（Xie et al., 2025）。采前脱叶能够同步叶片脱落，有效降低所收籽棉中的杂质含量，同时保护纤维完整性（Liu et al., 2021; Jin et al., 2020）。然而，不同棉花品种在接受相同脱叶剂处理时表现出显著的表型差异（Xu et al., 2025）。超敏基因型常出现早衰或裂铃受阻，最终导致铃重和总产量下降。相反，抗性品种往往残留过多叶片，增加了后续轧花工艺的复杂性并降低皮棉品质（Wang et al., 2025）。因此，解析这些品种特异性脱叶响应的分子基础，对于优化机械化棉花生产体系至关重要。
以往研究主要聚焦于脱叶剂农业施用方案的优化，而控制品种间敏感性差异的遗传和分子机制仍未被充分阐明（Rajasekar et al., 2025）。内源植物激素——尤其是乙烯和脱落酸——是叶片衰老期间离区细胞分离的主要上游触发因子（Liao et al., 2023; Zhang et al., 2025a）。在G. hirsutum中，噻草酮暴露显著上调乙烯合成基因GhACS在叶片和叶柄组织中的转录水平（Du et al., 2014）。此外，一组特定的生长素转运体基因——包括GhPIN1-c_D、GhPIN3_D、GhPIN8_A、GhABCB19-b_A、GhABCB19-b_D、GhABCB2-b_D、GhLAX6_A和GhLAX7_D——对噻草酮处理表现出高度特异性的转录响应（Liao et al., 2023）。近期研究鉴定了新位点GhDR_UAV1为棉花脱叶的正调控因子（Xu et al., 2025）。在机制层面，噻草酮通过刺激乙烯合成级联反应，促进激素在叶瓣中早期积累，随后方在离区显现（Li et al., 2022）。尽管已有上述进展，不同激素网络间的复杂交互作用以及决定脱叶剂敏感性的精确遗传变异仍有待全面解析。
棉花作为全球重要的经济作物，其生产越来越依赖化学脱叶剂以实现低成本机械化收获，取代传统的人工采摘方式（Xu et al., 2025; Wang et al., 2025）。然而，部分优良品种的脱叶效果仍不尽理想。为突破这一瓶颈，本研究对两种对化学脱叶剂敏感性显著不同的海岛棉基因型进行了比较转录组分析。我们的主要目标是筛选出调控脱叶过程的关键候选基因和核心代谢通路。这些发现有望为培育适配机械化收获体系的理想型棉花提供重要的理论依据。
章节摘要
植物材料与脱叶剂处理
本研究选用两种对脱叶剂反应显著不同的海岛棉品种：XH35（对脱叶剂高敏感）和XKK4102（对脱叶剂不敏感）。播种前，种子在55°C水浴中表面消毒15分钟，随后包裹于湿润滤纸中并在25°C下过夜浸种以促进同步萌发。萌发的种子随后被分别转移至塑料容器中
转录组测序概况与质量评估
高通量测序共产生了273.69 Gb的高质量清洁数据。各样本的产出数据量介于6.13 Gb至平均7.08 Gb之间，为稳健的转录组评估提供了充足的覆盖深度。GC含量维持在42.92%至43.42%的狭窄区间内，所有文库的Q30质量评分均稳定超过94.18%（见表1）。此外，与参考基因组的比对效率在95.21%至96.84%之间。
讨论
高通量RNA测序技术极大地拓展了我们对棉花叶片脱落调控机制的分子认知（Rajasekar et al., 2025; Zhang et al., 2025b）。通过对脱叶剂敏感和脱叶剂不敏感的G. barbadense品种进行比较转录组分析，本研究成功捕捉到了化学脱叶剂显著的时间依赖性累积效应特征，表现为差异表达基因
结论
综上所述，本比较转录组分析表明，脱叶剂施用对G. barbadense的叶片脱落具有显著的时间依赖性累积效应。处理的时间进程触发了差异表达基因数量的大幅扩增，功能级联反应主要汇聚于植物激素信号转导、植物-病原互作以及MAPK通路。在机制层面，本分析成功优先筛选了Gbar_A11G002580、Gbar_A05G004030
CRediT作者贡献声明
李彩虹（Caixia Li）：撰写—初稿、形式分析、研究构思。王萌（Meng Wang）：调查、数据整理。周子昕（Zixin Zhou）：调查。刘志强（Zhiqing Liu）：调查。李建平（Jianping Li）：调查。李耀华（Yaohua Li）：调查。邓雅慧（Yahui Deng）：调查。王一帆（Yifan Wang）：调查。冉灵芳（Lingfang Ran）：调查。朱嘉慧（Jiahui Zhu）：调查。艾热甫·阿依尔西（Alifu Aierxi）：资源。王玮然（Weiran Wang）：指导。孔杰（Jie Kong）：项目管理。赵南（Nan Zhao）：撰写—审阅与编辑、指导、资金获取，
资助
本研究获得了自治区重点研发计划（2025B02001和2024B02002）、新疆维吾尔自治区天池人才—赵南青年博士项目（海岛棉生长时期基因挖掘与功能解析），以及多抗机械化收获棉花生物育种创新团队（2023TSYCTD0002）的资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
李彩虹|王萌|周子昕|刘志强|李建平|李耀华|邓雅慧|王一帆|冉灵芳|朱嘉慧|艾热甫·阿依尔西|王玮然|孔杰|赵南
