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棉花是一种重要的天然纤维作物，是研究细胞伸长和多倍体化的理想材料（Yang et al., 2020）。高通量技术如转录组从头组装和核糖体图谱分析技术可用于分析转录组和翻译组，鉴定已翻译的开放阅读框的数量（Andreev et al., 2017），并且已在拟南芥（Hsu et al., 2016）、番茄（Wu et al., 2019）和玉米（Zhu et al., 2021）中广泛应用。尽管目前在棉花全基因组学和泛基因组学中取得了一系列进展，但基因间注释的缺失制约了棉花遗传改良的进一步发展。而且在棉纤维生长的不同阶段，转录后调控对棉纤维发育的影响仍不清楚。
近日，中国农业科学院棉花研究所李付广/杨作仁研究员团队在Journal of Advanced Research在线发表了题为“Transcriptional and translational landscape fine-tune genome annotation and explores translation control in cotton”的研究论文，对棉花基因组注释进行了更新，揭示了控制棉花纤维发育转录后调控新机制。
该研究利用转录组和翻译组联合分析的手段，对陆地棉中棉所24（ZM24） 8种不同组织进行研究。鉴定到1589个小开放阅读框（sORF），其中包括1376个上游开放阅读框（uORF）、213个下游开放阅读框（dORF），以及552个具有潜在编码功能的长链非编码RNA（lncRNA）（图1）。此外，利用多组学联合分析方法，研究人员对正常纤维品种ZM24和短纤维品种pag1突变体纤维组织进行研究，鉴定到一系列在纤维中特异表达的sORF相关基因，其中包括超长链脂肪酸合成途径限速酶基因GhKCS6。为进一步验证GhKCS6在棉纤维发育中的功能，研究团队创制了GhKCS6过表达和RNAi沉默棉花材料。研究发现，GhKCS6的过表达促进了棉纤维伸长，而沉默GhKCS6后纤维长度变短，表明GhKCS6正向调控棉纤维伸长。综上所述，该研究对棉花基因组注释进行了更新，并为棉花纤维发育转录后调控机制提供了新的见解。
图1：转录组和翻译组联合分析揭示棉纤维发育转录后调控潜在机制
中棉所李付广研究员和杨作仁研究员为该论文共同通讯作者，郑州大学农学院博士后Ghulam Qanmber、扬州大学农学院尤琪讲师和中棉所杨召恩研究员为该论文共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划（2022YFF1001400）、国家自然科学基金（32000458）、天山英才计划（2022TSYCCX0087）和新疆重点研发计划（2022B02052）的资助。
参考文献：
Andreev DE, O’Connor PB, Loughran G, Dmitriev SE, Baranov PV, Shatsky IN (2017) Insights into the mechanisms of eukaryotic translation gained with ribosome profiling. Nucleic Acids Res 45 (2):513-526
Hsu PY, Calviello L, Wu H-YL, Li F-W, Rothfels CJ, Ohler U, Benfey PN (2016) Super-resolution ribosome profiling reveals unannotated translation events in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci U S A 113 (45): E7126-E7135
Wu H-YL, Song G, Walley JW, Hsu PY (2019) The tomato translational landscape revealed by transcriptome assembly and ribosome profiling. Plant Physiol 181 (1):367-380
Yang Z, Qanmber G, Wang Z, Yang Z, Li F (2020) Gossypium genomics: trends, scope, and utilization for cotton improvement. Trends Plant Sci 25 (5):488-500
Zhu W, Chen S, Zhang T, Qian J, Luo Z, Zhao H, Zhang Y, Li L (2021) Dynamic patterns of the translatome in a hybrid triplet show translational fractionation of the maize subgenomes. The Crop Journal, 2022, 10(1): 36-46.
https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.05.004
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