近日，浙江大學棉花精準育種創(chuàng)新團隊在國際知名學術期刊《Plant Physiology》（中科院一區(qū)Top期刊）發(fā)表了題為《A ubiquitin–GhUBX–GhCDC48 module regulates secondary cell wall thickening in cotton fiber》的研究論文。該研究以高強纖維親本Prema和低強纖維親本86-1中挖掘到的纖維強度關鍵基因GhUBX為核心，系統(tǒng)解析了棉花纖維次生細胞壁（SCW）增厚的分子調(diào)控機制。

棉花纖維強度是決定其紡紗品質(zhì)的關鍵性狀，而次生細胞壁的厚度直接影響纖維強度，其分子調(diào)控機制此前尚不明確。本研究首次在陸地棉中發(fā)現(xiàn)“泛素–GhUBX–GhCDC48”模塊通過26S蛋白酶體降解與ATP酶活性雙重通路精準調(diào)控次生壁在纖維細胞中的沉積過程。GhUBX作為泛素E3連接酶，介導GhCDC48的泛素化–26S蛋白酶體降解；當GhUBX被抑制或GhCDC48被過量表達時，纖維細胞內(nèi)GhCDC48蛋白積累，使得細胞內(nèi)ATP酶活性增強，進而激活GhsusA、GhKNL1和GhCESA7/8等次生壁加厚關鍵基因表達，最終使纖維次生壁厚度增加11.71%–23.83%，纖維強度顯著或極顯著提高。

GhUBX轉(zhuǎn)基因棉花纖維檢測、透射電鏡和掃描電鏡結(jié)果

研究還鑒定出GhUBX編碼區(qū)一個6bp的InDel變異，該變異影響親本中不同GhUBX蛋白與GhCDC48的結(jié)合親和力。進一步分析表明，GhUBX通過其UBA結(jié)構域和SSR區(qū)段橋接泛素與GhCDC48，介導GhCDC48的泛素化降解過程。

GhUBX通過泛素化調(diào)控GhCDC48并影響纖維強度的工作模型

該研究成果為棉花高強纖維育種提供了可追蹤的分子標記，為棉花纖維品質(zhì)分子設計育種提供了新靶點。未來可通過基因編輯或反義RNA技術精準調(diào)控GhUBX–GhCDC48模塊，快速培育高強優(yōu)質(zhì)棉花新種質(zhì)，有力支撐我國棉花產(chǎn)業(yè)競爭力的提升。

臧毅浩博士（現(xiàn)為河南科技學院青年教師）和浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院碩士研究生俞麗珊為本文的共同第一作者，浙江大學胡艷教授為論文通訊作者，浙江大學張?zhí)煺娼淌凇⑺菊挤甯毖芯繂T和四川省農(nóng)科院鄧潔瓊副研究員對本研究工作給予了重要指導。博士研究生馬隆恩、李笑然、玄麗莎、許晨雨、張雅瑤參與了本研究。本研究得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“農(nóng)業(yè)生物育種2030重大專項”和中國博士后科學基金等項目資助。