山东省农业科学院经济作物研究所赵军胜/湖南农业大学赵剑团队在棉花花青素积累调控花色方面取得重要进展

花冠颜色是棉花的一个重要的显性形态标记，利用红色花冠作为性状标记将为转基因抗虫杂交棉带上天然防伪标签。有研究表明棉花花瓣中花青素的积累可以提高昆虫到访率，提升棉花三系杂交制种效率。此外，棉纤维中积累花青素，可以创造出纯天然无需印染的彩色纤维。因此，在棉花中鉴定花青素积累相关基因具有十分重要的意义。

近日，山东省农业科学院经济作物研究所赵军胜/湖南农业大学赵剑团队在国际权威期刊Plant Biotechnology Journal发表了题为“A glutathione S-transferase GhTT19 determines flower petal pigmentation via regulating anthocyanin accumulation in cotton”的研究论文，该研究利用比克氏棉渐渗系，鉴定出控制红色花冠基因R3bic，揭示了光诱导的花青素积累的分子调控机理。

山东省农科院经济作物研究所先后审定了具有红花性状标记的杂交棉新品种鲁05H9（国审棉2010003）、鲁HB标杂-1（国审棉2010004）、鲁HB标杂-5（鲁农审2012020号）和鲁8H29（豫审棉2015010），并在生产上推广应用。本研究中以陆地棉白花品种LW及其红色花冠近等基因系LR为研究对象，发现LR花瓣呈现红色是由于花青素（矢车菊素-3-氧葡萄糖苷）的积累导致；通过构建作图群体，将红色花瓣基因R3bic 精细定位到A07染色体上A07-0594与 A07-0592之间33.2kb区域内，并进一步通过图位克隆得到编码谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的基因，该基因是拟南芥TT19的同源基因，将其命名为GhTT19 (图1)。

图1. 比克氏棉渐渗系LR红色花冠基因R3bic 的精细定位

通过VIGS抑制GhTT19表达后，LR花瓣由红色变成浅粉色；在W0中过表达GhTT19，棉花花瓣由白色变成红色。GhTT19基因在LR和LW中具有3个氨基酸的差异，但并不影响其基因功能；GhTT19基因在LR中具有极高的表达量，在LW中表达量极低，研究发现这种表达差异是由于LW启动子上MYB转录因子(GhPAP1)结合原件缺失导致（图2）。通过鉴定，LR中GhTT19At 及其启动子来源于比克氏棉；通过基因组重测序进一步发现，LR中A07染色体8-15Mb序列来源于比克氏棉Chr07染色体的大片段替换；同时还发现bZIP转录因子GhHY5能够调控GhPAP1, 并且能够特异结合LR中GhTT19启动子，从而实现LR中光诱导的花青素积累调控（图3）。该研究为棉花花青素积累的分子机制提供了新的思路，为下一步利用基因编辑技术创造彩色棉花提供了基因资源。

图2. GhTT19基因功能鉴定

图3. 光诱导下的花青素积累基因调控模式

（GhHY5-GhPAP1-GhTT19）

山东省农业科学院经济作物研究所柴启超博士和王秀丽研究员为本文的第一作者；山东省农业科学院经济作物研究所赵军胜研究员和湖南农业大学园艺学院赵剑教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省中央引导地方科技发展基金、山东省良种工程项目、山东省重点研发计划项目、山东省农业科学院农业科技创新工程项目的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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