2024年7月26日，中国农业科学院棉花研究所张永山研究员团队在Plant Biotechnology Journal（影响因子10.1）杂志上发表了题为“GhSBI1, a CUP-SHAPED COTYLEDON 2 homologue, modulates branch internode elongation in cotton”的文章，该研究借助DAP-seq和转录组等技术，鉴定了GhSBI1下游靶标基因，揭示了其对棉花果枝节间伸长的抑制作用机制。
研究背景：
棉花（Gossypium）是世界上主要的天然纤维来源，也是重要的油料和蛋白作物。理想的株型结构可提高棉花单位面积产量和机械化采收的效率。果枝长度是棉花株型重要的影响因子，适合高密度种植的紧凑株型结构是棉花重要的育种目标。鉴定调控棉花果枝长度的基因，并揭示其调控株型等农艺性状的分子机制具有重要理论价值和应用前景。
实验设计：
转录组研究：对照组YZ-1，GhSBI1过表达处理组OE1和OE2，所有样本均采集三个生物学重复，进行转录组测序。
DAP-seq研究：转录因子GhSBI1，从标准遗传株系陆地棉茎尖提取基因组DNA。
主要研究结果：
1. 转录组测序
利用转录组分析结果获得组间差异基因的表达情况。通过对两个GhSBI1过表达处理组（OE1和OE2）进行转录组测序来识别GhSBI1影响的基因。转录组分析结果显示，差异基因显著富集在植物激素信号通路。
图1 GhSBI1调控基因的转录组分析结果
2. DAP-seq分析
DAP-seq分析结果共鉴定出19,555个peak（富集区域），其中3,532个（18%）结合位点位于启动子（ATG上游≤3 kb）区域。对注释到启动子的peak相关基因（3,466个）进行GO富集，分析结果显示，这些基因在细胞分裂或细胞壁组织相关的生物过程中显著富集。同时还检测到转录因子GhSBI1可靠的结合motif：5’-GDTTRCTTGTNNNACAAGYAAHC-3’。
图2 通过DAP-seq 在全基因组范围内鉴定GhSBI1结合位点。
3. DAP-seq与转录组联合分析
作者将DAP-seq数据与转录组数据联合分析来进一步确定GhSBI1直接调控参与棉花节间伸长的核心基因。联合分析发现464个重叠基因，其中172个基因（37个上调和135个下调）在GhSBI1过表达处理组OE1和OE2之间是共同存在的。作者选择其中与激素生物合成/信号传导或细胞扩张相关的基因进一步分析，候选基因是GID1B，JAZ8，GA3OX1，EXPANSIN 11。随后利用电泳迁移率实验EMSA验证了GhSBI1在体外与目标基因的核心motif的结合。通过双荧光素酶报告实验（Dual-LUC）发现，在GhGAI3的帮助下，GhSBI1可以抑制靶基因的表达（GhJAZ8-1_Dt除外）。实验结果表明GhSBI1通过直接与赤霉素生物合成/信号传导或细胞扩张基因的启动子结合，抑制靶基因的表达，导致棉花枝节间伸长的减少。
图3 GhSBI1对棉花节间伸长基因的直接调控
结果与讨论
GhSBI1是棉花株型的重要调节因子，其表达增加会使棉花果枝和叶柄节间缩短，敲除GhSBI1也会导致节间长度减少，因此适当的GhSBI1表达水平对棉花节间正常伸长至关重要。GhSBI1可与GhGAIs相互作用，通过影响赤霉素生物合成和信号转导途径的关键基因来调节果枝节间伸长。该研究成果为棉花株型和产量的分子改良提供了基因储备和材料基础，为棉花株型调控分子机制解析提供了新思路。
图4 GhSBI1影响棉花节间长度的调控机制模型
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