近日，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队利用代谢组和转录组联合分析，成功构建了棉花全生育期主要组织器官的代谢调控网络，并进一步鉴定到调控纤维伸长的关键基因GhKCS1b_Dt，为解析棉花生长发育调控和纤维伸长提供了新的视角，对棉花分子育种和纤维品质改良具有重要意义。相关研究成果以“Cotton Metabolism Regulatory Network: unraveling key genes and pathways in fiber development and growth regulation”为题发表在国际著名植物学期刊《植物通讯（Plant Communications）》（中科院一区TOP期刊，IF=9.4）上。

棉花是世界上重要的经济作物之一，构建棉花全生育期代谢网络对于深入解析棉花产量、纤维品质等重要性状形成的分子机制至关重要。以往研究主要关注不同棉花品种之间单个组织或时期的代谢物差异，对棉花全生育期代谢景观及其调控网络研究较少。

该研究使用陆地棉短纤维突变体pagoda1（pag1）和野生型中棉所24全生育期不同组织的样品，结合非靶向代谢组学分析方法，构建了一个多层次的棉花代谢调控网络（Cotton Metabolism Regulatory Network），涵盖了陆地棉不同发育阶段的2138种代谢物，进一步绘制了7类代谢物积累和基因表达模式图，并发现在纤维组织中，脂肪酸延伸途径相关基因和代谢物显著富集。在此基础上进一步研究发现，GhKCS1b_Dt基因作为超长链脂肪酸合成的关键基因，过表达可以显著促进纤维伸长，而沉默该基因则抑制纤维伸长，证实了该基因在纤维伸长中的正向调控作用。研究结果系统地梳理了棉花全生育期不同组织在生长发育过程中，代谢物的积累与基因表达之间的协同调控关系，不仅为棉花分子育种实践提供了重要依据，也为植物代谢调控研究提供了可借鉴的范例。

该研究得到了国家自然科学基金（32441062，32360509，32301888）、新疆天山英才培养计划（2022TSYCCX0087）、河南省自然科学基金（232300421253）等项目的资助。郑州大学农学院刘钊副研究员、中棉所范李强助理研究员和郑州大学农学院硕士研究生舒生为该论文第一作者，中棉所棉花分子遗传改良创新团队李付广研究员和杨作仁研究员为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101221

棉花全生育期代谢调控网络图