近日，我校生命科学学院许文亮教授课题组在植物学经典期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Down-regulation of xylan biosynthetic GhGT47Bs in cotton impedes fiber elongation and secondary wall thickening during fiber transition”的研究论文（http://dx.doi.org/10.1111/pbi.14205）。
棉花是世界上最重要的经济作物之一，为纺织工业提供了丰富的天然纤维。棉纤维发育可分为纤维起始、伸长（初生壁合成）、初生壁向次生壁转换、次生壁加厚、脱水成熟等五个重叠阶段。成熟棉纤维90%以上是纤维素，使得棉纤维成为研究次生壁加厚和纤维素合成的理想单细胞模型。以前的研究主要集中在纤维起始和伸长阶段，棉纤维转换期的研究非常滞后。成熟棉纤维的纤维素含量是目前已知所有植物细胞中最高的，纤维素沉积主要发生在次生壁加厚期。在棉纤维发育阶段，其他细胞壁多糖如半纤维素和果胶发生动态的变化，但关于非纤维素多糖特别是半纤维素多糖在棉纤维发育过程中的功能还知之甚少。细胞壁分析显示在棉纤维转换期，半纤维素木聚糖非常丰富，而且在不同的四倍体棉种( G. hirsutum 和 G. barbadense) 以及不同的二倍体棉种（G. herbaceum 和 G. arboreum)棉纤维转换期都检测到了木聚糖的存在，暗示木聚糖可能在棉纤维转换期发挥功能，影响棉纤维品质。
该研究在前期工作基础上发现两个糖基转移酶 GT47 家族基因 (GhGT47Bs)，能被GhFSN1和GhMYB46转录激活，主要在棉纤维转换期优势表达，编码的蛋白定位于高尔基体。对这两个基因在棉花中进行 RNA 干涉 (RNAi) 导致成熟棉纤维变短、细胞壁变薄、断裂比强度变弱，纤维扭曲度变小。进一步免疫荧光分析显示GhGT47B RNAi 株系的 15 dpa 和 21 dpa 纤维细胞壁中的木聚糖含量显着降低，单糖组分分析证实了这一结果。通过核磁共振对木聚糖结构的进一步分析表明，GhGT47B RNAi 纤维中木聚糖还原末端的相对丰度低于野生型。此外，相比于野生型，GhGT47B RNAi品系的15 dpa、21 dpa和成熟棉纤维中的纤维素含量显着降低。RNA-seq 分析表明，GhGT47B 的下调会导致大量次生壁合成相关基因的差异表达。RNAi株系中几乎整个次生壁合成机器的协同下调支持在棉纤维细胞中存在一个维持纤维细胞壁稳态和细胞壁完整性的机制。
棉纤维发育过程需要大量基因参与，其中许多基因是细胞壁相关的。挖掘这些控制棉纤维品质的细胞壁基因将为棉纤维细胞壁修饰提供新的途径。相应的细胞壁基因可用于培育独特的棉纤维以适应各种需求。该研究结果表明，木聚糖在棉纤维转换期发挥重要作用，可以作为一个遗传操作木聚糖合成的模板来精细调控细胞壁组成，以改良棉纤维品质。
该研究得到了国家自然科学基金(31671735; 31970516)和湖北洪山实验室(No.2021hszd014)的资助。已毕业博士生，目前在新疆师范大学工作的郭彦君博士为本文第一作者。丹麦哥本哈根大学的Persson Staffan教授参与了部分工作，台州学院曾为教授和华中师范大学许文亮教授为论文共同通讯作者。
审读人：谢波/编辑：冯卓
