《Plant Physiology and Biochemistry》：Genome-Wide Identification of the
Protein Arginine Methyltransferase (
PRMT) Gene Family and Functional Exploration of
GhPRMT5 in Cotton
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本研究针对棉花PRMT基因家族功能未知的问题，系统鉴定了四倍体棉花中32个GhPRMT成员，并通过酵母异源表达和VIGS技术证实GhPRMT5可显著提升油脂含量14.13%并调控脂肪酸组成，为高油棉花育种提供了新靶点。
随着全球人口增长和气候变化加剧，对食用油与生物柴油的需求持续攀升，棉花(Gossypium spp.)作为重要的油料作物，其棉籽含油量达15-22%，且脂肪酸组成均衡（棕榈酸22.9%、油酸15.4%、亚油酸57.6%），兼具营养与工业价值。然而，当前棉花油脂代谢的分子调控机制研究相对滞后，尤其蛋白精氨酸甲基转移酶(PRMT)家族在植物油脂合成中的作用几乎空白。
为解决这一关键问题，新疆农业大学棉花教育部工程研究中心团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表研究，首次对棉花PRMT基因家族开展全基因组尺度解析。研究人员通过生物信息学手段在陆地棉(G. hirsutum)中鉴定到32个PRMT基因，系统进化分析将其划分为7个亚家族，基因结构与保守基序分析显示同一亚群成员高度保守。共线性分析揭示片段复制是PRMT家族扩张的主要驱动力。
表达谱分析发现GhPRMT5在高油材料N0362中的表达量显著高于低油材料N6054，尤其在油脂累积关键期（20-25 DPA）差异最显著。通过酵母异源表达实验，过量表达GhPRMT5使酵母总脂质含量提升14.13%(p<0.05)；而在棉花中通过VIGS技术沉默GhPRMT5后，棉籽含油量下降15.3%，且脂肪酸组成发生显著改变：饱和脂肪酸（豆蔻酸C14:0+22.67%，硬脂酸C18:0+26.84%）上升，不饱和脂肪酸中油酸(C18:1)增加20.90%而亚油酸(C18:2)降低8.88%。这些结果首次证实GhPRMT5通过调控油脂积累与脂肪酸代谢影响棉籽油品质。
关键技术方法
研究结合生物信息学（全基因组鉴定、系统进化、共线性分析）、分子实验（qRT-PCR、亚细胞定位）和功能验证（酵母异源表达、VIGS沉默）三大技术体系。样本包括四倍体棉花（G. hirsutum TM-1）及高/低油种质（N0362、N6054）。
3.1 PRMT基因家族鉴定与序列分析
在4个棉花物种中共鉴定72个非冗余PRMT基因，其中陆地棉含32个成员。蛋白长度299-650氨基酸，理论等电点4.57-6.66，亚细胞定位预测84.7%位于细胞核外。
3.2 系统进化与分类
81个PRMT蛋白（含拟南芥9个）被划分为7个亚群，Group 5规模最大（31成员），Group 4最小（5成员）。棉花中未发现AT4G16570(AtPRMT7)同源基因。
3.3 染色体定位与共线性分析
GhPRMT基因分布于21条染色体（除A01、A02、A03、A08、D13）。共线性分析表明G. raimondii与四倍体棉花亲缘更近，且PRMT家族在棉花与拟南芥间存在一对多同源关系。
3.4 基因结构与顺式作用元件
GhPRMTs外显子数量6-23个，Group 7成员内含子数量显著多于其他亚群。启动子区含光响应、激素应答及逆境响应元件，其中厌氧诱导元件(ARE)和脱落酸响应元件(GC-motif)广泛存在。
3.5 GhPRMT基因表达模式
转录组数据显示13个基因几乎不表达，而GH_D06G0745等4个基因组成型高表达。GhPRMT5在高低油材料间表达差异最显著，暗示其油脂代谢调控作用。
3.6 GhPRMT5亚细胞定位
GFP融合蛋白显示GhPRMT5定位于细胞核与细胞膜，提示其可能参与多细胞区室功能调控。
3.7 GhPRMT5功能验证
酵母过量表达提升脂质含量；VIGS沉默导致棉籽油含量下降及脂肪酸组成重塑，证明GhPRMT5正向调控油脂合成。
本研究首次建立棉花PRMT家族进化与功能框架，揭示GhPRMT5通过影响油脂积累与脂肪酸代谢调控棉籽油品质的分子机制。该工作不仅填补了植物PRMT在油脂代谢中功能研究的空白，更为棉花高油育种提供了精准靶点，对保障食用油供给安全具有战略意义。
