近日，我院合成生物学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（Cotton Metabolism Regulatory Network），并进一步鉴定到关键基因GhKCS1b_Dt，该基因通过影响超长链脂肪酸合成调控纤维伸长。该研究为理解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。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）》上。

棉花是世界上重要的经济作物之一，然而，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，而构建棉花全生育期代谢网络对深入解析棉花产量、纤维品质等重要性状形成的分子机制至关重要。

研究团队使用陆地棉短纤维突变体pagoda 1（pag1）和野生型中棉所24（ZM24）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（CMRN），涵盖了陆地棉不同发育阶段的2138种代谢物。根据材料差异性和组织特异性，进一步绘制了7类代谢物积累和基因表达模式图，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，研究团队发现GhKCS1b_Dt作为超长链脂肪酸合成的关键基因，其过表达显著促进纤维伸长，而沉默该基因则抑制纤维伸长，证实了其在纤维伸长中的正向调控作用。该研究通过多组学联合分析，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。

棉花代谢调控网络（CMRN）助力棉花纤维伸长关键基因发掘与研究

郑州大学农学院刘钊副研究员、中棉所范李强助理研究员以及郑州大学农学院硕士研究生舒生为该论文第一作者，郑州大学农学院合成生物学团队李付广研究员和杨作仁研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和河南省自然科学基金等项目资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346224006424