近日，国际知名期刊Plant Science在线发表了永利集团棉花创新团队的研究论文“Using association mapping and local interval haplotype association analysis to improve the cotton drought stress response”。该研究提供了一种棉花抗逆关键基因挖掘的新思路，利用棉花中的遗传群体和自然群体相结合，采用关联作图及局部区间单倍型关联分析的方法，对棉花抗旱基因进行挖掘，并解析了其在棉花干旱胁迫应答中的角色塑造。
棉花是世界上重要的经济作物之一，干旱胁迫影响棉花生长，造成棉花纤维品质下降，产量降低。棉花的干旱胁迫应答受多个基因的调控，因此挖掘棉花抗旱关键基因具有重要的意义。该研究基于抗旱性相关的RIL群体进行QTL区间的初定位，选择来源广泛的自然群体进行QTL区间的再定位，利用多态性KASP标记与表型的关联，展开了对关键区间进一步的挖掘。最终，110Kb峰值区域的重叠代表了该QTL区间的真实性及重要性，在共定位区间内仅鉴定到一个被注释为GF14蛋白的关键候选基因GhGF14-30。
图1 QTL初定位区间及区间内单倍型关联分析
研究人员发现，GF14蛋白作为一类功能性调节蛋白，在植物中的主要功能是作为初级代谢和信号传导的关键调节因子，参与调节植物生长发育以及对逆境产生的应答。在棉花中，目前对GF14蛋白的研究报道大多聚焦于纤维发育方面。在该研究中，研究人员发现仅有的一个GF14蛋白被发现在QTL定位的峰值重叠区域，并针对GF14蛋白在棉花干旱胁迫下扮演的角色进行了探索。基于QTL定位群体本身以及极端资源材料的qRT-PCR分析发现，GhGF14-30的干旱胁迫应答较为敏感，尤其是在敏旱材料K85-174中，VIGS沉默前后的表型变化明显。证明GF14蛋白确实参与了响应棉花干旱胁迫，并在棉花应对干旱胁迫过程中可能起着重要的作用。
亲本的VIGS材料在受到干旱胁迫后表型上的明显差异，也代表着GhGF14-30基因可能在长势良好的抗旱材料SY321中并不是唯一能够行使增强植株抗旱性能力的基因，但是在抗旱优异基因表达可能相对较少的敏旱材料K85-174中，GhGF14-30基因又是极为关键的。这种可能，也许会为一些高产高品质却不抗逆的棉花材料带来新生。
图2 GhGF14-30的VIGS试验
同时，基于抗旱标记基因的qRT-PCR分析，GhGF14-30在ABA(Abscisic acid)和SOS(Salt overly sensitive)应答通路中都可能扮演着重要的角色。这些结果均证明了GhGF14-30基因在棉花干旱胁迫应答过程中的重要性，为GhGF14-30基因调控相关分子机制奠定了基础。
图3 抗旱相关标记基因qRT-PCR分析
永利集团棉花创新团队带头人陈全家教授为该论文的通讯作者，在读博士生高文举和陈琴副教授为该论文的共同第一作者。该研究得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2021D01A92)、自治区高校科研计划自然科学青年项目(XJEDU2021Y020)和自治区研究生创新项目（XJ2023G131）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2023.11181
