近日，中国农业科学院棉花研究所棉花分子遗传改良创新团队揭示了上游开放阅读框（upstream open reading frame，uORF）对棉花抗坏血酸合成关键基因GhGGP1的双层调控机制，并利用基因编辑技术创制出抗旱性显著提升、产量品质稳定的棉花新材料，为创制棉花优异种质提供了新思路。相关研究成果以“An investigation of the dual mechanism of uORF-mediated regulation of GGP1 expression and the effects on drought stress in cotton”为题发表在国际学术期刊《植物生理学（Plant Physiology）》上。

干旱是制约棉花产量和品质的主要因素之一。抗坏血酸是植物核心抗氧化物质，在清除活性氧、维持胞内氧化还原稳态、增强植物逆境适应性等过程中扮演关键角色，GhGGP1是调控抗坏血酸合成水平的关键基因，适度提高其含量可增强棉花抗旱性。

该研究利用基因编辑技术靶向编辑GhGGP1基因5′非翻译区，通过敲除该区域一个发挥抑制翻译的上游开放阅读框，实现翻译水平的精准调控。鉴定结果显示，编辑株系中抗坏血酸合成关键基因GhGGP1的转录水平未发生显著变化，但蛋白积累量与内源抗坏血酸含量显著提升。在干旱胁迫条件下，编辑株系抗氧化能力增强，抗旱存活率明显改善。进一步机制研究证实，转录因子GhBBM可特异性结合位于该上游开放阅读框的调控片段，搭建起该基因转录调控与翻译调控的双层调控网络。研究表明，靶向编辑基因非编码区、利用上游开放阅读框微调蛋白丰度的编辑策略，能够在不改变蛋白功能的前提下提高蛋白积累量，增强作物抗旱性。研究结果对作物精准分子改良提供了参考。

该研究得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金项目、国家自然科学基金等项目支持。郑州大学博士研究生刘梦晗为论文第一作者，新疆农业科学院李雪源研究员、新西兰皇家植物和食品研究所Sean Bulley高级科学家、中棉所葛晓阳研究员、詹晶晶助理研究员为共同通讯作者，李付广研究员对该工作进行了指导。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag693

GhGGP1介导棉花耐旱性的分子机制模式图