华中农大团队破解棉花脱叶机制

近日，华中农业大学棉花遗传改良团队分析了脱叶剂诱导棉叶脱落的核心分子机制，成功研制出“减量不降效”的新型棉花种质，为提高机器采棉质量、促进农业绿色发展提供了核心技术支撑。这一结果最近在Molecularlar上发表 Plant。

proPER21新型棉花种子::GhRLF1。受访者提供图片

研究小组以中国机采棉种类“新陆早50号”为研究对象。通过细胞学观察，发现叶茎基部有10层左右的细胞脱落区。经过48小时的一定浓度脱叶剂处理，棉花植物功能叶的叶茎基部从这个区域断裂，与植物母体分离。为了分析这一过程的分子机制，团队选择了单核转录组测序技术，首次绘制了棉花叶茎脱落区的高分辨率细胞图谱，成功捕获了10多万个细胞核的基因表达信息。

数据分析显示，脱叶剂处理后，叶茎脱落区动态形成两种新型功能细胞:“脱落细胞”和“保护层细胞”。同时，研究小组锁定了关键基因GhRLF1，其编码的细胞分裂素氧化酶可以降解脱落区域的细胞分裂素，从而触发脱落信号。实验表明，GhRLF1表示，脱叶剂处理72小时后，叶片脱落率高达95%，而只有50%的突变体被敲除，验证了其核心控制功能。

此外，研究表明，脱叶剂通过激活“先锋”转录因子GhWRKY70，带动GhRLF1的初始表达;48小时后，另一个“后继者”转录因子GhMYB108接力启动GhRLF1的持续表达，形成“双因子接力”级联控网络，确保细胞分裂素水平持续下降，进而准确控制叶片脱落的时间顺序，为优化脱叶剂的应用提供了科学论证。

据研究团队介绍，虽然GhRLF1可以显著提高脱叶效率，但它在棉铃等器官的过度表达会导致细胞分裂素水平异常，导致棉铃发育受阻，产量下降。因此，该团队选择了proGhPER21启动子，该子仅在脱叶剂处理的叶茎脱落区域进行特异性激活，但在棉铃等组织中几乎没有表达出来，并通过分子设计将其与GhRLF1基因联系起来，从而培育出新型棉花种质。田间实验表明，在70%脱叶剂的用量下，脱叶效率仍优于100%脱皮棉剂处理论下的野生产生型。

专家指出，本研究首次从单细胞方面分析了棉花化学脱叶的分子机制，完成了三项创新。理论上揭示了细胞分裂素代谢控制叶片脱落的新途径，并补充了以“乙烯-生长素”为主导的理论框架;在技术层面，选择了proGhPER21启动子，以应对叶茎脱落区的特异性反应，为准确控制作物特性提供了通用工具;在应用方面，培育了“少用药、高脱叶、稳产”的棉花新品质，推动化学脱叶从“经验喷雾”向“智能控制”迈进。

据《中国科学报》报道，目前，研究小组正在进一步优化proGhPER21启动子的响应效率，并积极探索其它重要的调控机制，以实现脱叶剂的精确使用。