棉花中赤霉素2-氧化酶基因家族的鉴定及其功能分析

《BMC Plant Biology》：The identification of gibberellin 2-oxidase gene family in cotton and functional analysis

GA2ox基因在棉花中调控生长的分子机制研究。通过基因组鉴定、VIGS验证和转录组分析发现，GhGA2ox6基因抑制棉株株高，其功能与GA代谢及多激素协同调控相关，WGCNA揭示其通过调控乙烯、生长素等激素通路起作用，为棉花遗传改良提供新靶点。

　　

摘要

背景

赤霉素（GA）的稳态对植物的生长发育至关重要，而赤霉素2-氧化酶（GA2oxs）通过使生物活性GA失活来发挥关键调节作用。氯化甲哌喹（MC）是一种在棉花生产中广泛使用的植物生长调节剂，它能有效抑制植物的营养生长从而提高产量和纤维质量，但其分子机制，尤其是与GA代谢相关的机制，仍不完全清楚。

方法

在这项研究中，我们对陆地棉（Gossypium hirsutum）进行了全基因组范围的GA2ox基因鉴定，随后系统分析了这些基因的结构、保守的蛋白质基序、染色体位置和表达模式。利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术对两个候选基因GhGA2ox6和GhGA2ox31进行了功能验证。通过RNA测序技术研究了GhGA2ox6被沉默后的差异表达基因和富集途径。进一步利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）探讨了与激素途径相关的关键基因模块和枢纽基因。

结果

共鉴定出39个GhGA2ox基因，并将其分为三个亚家族：C20-GA2ox-I、C19-GA2ox-I和C19-GA2ox-II。表达谱分析显示，GhGA2ox基因在组织中的表达具有特异性，且GhGA2ox6和GhGA2ox31在MC处理后显著上调。通过VIGS技术沉默GhGA2ox6后，棉花植株的高度显著增加，而沉默GhGA2ox31则没有明显的表型变化。进一步的转录组分析表明，GhGA2ox6被沉默的植株的高度促进表型是由涉及赤霉素、生长素和细胞分裂素的协调多激素调控网络驱动的。WGCNA分析确定了3个与激素含量显著相关的基因模块，以及36个参与乙烯、生长素、茉莉酸和赤霉素途径的枢纽基因。

结论

总体而言，我们的研究结果表明GhGA2ox6是棉花植株高度的负调控因子，并参与MC介导的生长调节。WGCNA进一步阐明了GhGA2ox6功能背后的多激素协调调控机制。这项研究为理解MC调控的棉花生长提供了新的分子机制见解，并为通过基因工程技术调节棉花生长提供了一个潜在的目标基因。