棉花一生有两次美丽的花季，开花实现繁衍，吐絮造福人类。五彩缤纷的花色，不仅吸引更多的昆虫授粉，提高棉花的产量和质量，同时也增加了棉花花瓣的观赏价值。棉花是常异花授粉作物，具有明显的杂种优势。而占全球种植面积90% 以上的陆地棉，其花瓣大部分为浅黄色，颜色单一，对传粉昆虫缺乏吸引力。棉花花瓣颜色是如何形成的，其关键调控因子尚未见报道。
近日， The Crop Journal在线发表了南京农业大学棉花遗传与种质创新团队题为 “The R2R3-MYB tranion factor GaPC controls petal coloration in cotton” 的研究论文。该研究利用不同花色的亚洲棉材料配置分离群体，发现在棉花花色遗传中存在隐性上位性遗传现象，并图位克隆了一个调控棉花花瓣颜色形成的关键基因 GaPC， 为解释基因互作中隐性上位性遗传现象提供了一个实例。调控棉花花色形成关键基因 GaPC 是棉花中首次报道。研究进一步结合转录组、代谢组分析揭示了GaPC调控花瓣中花青素形成的作用特征，为深入研究花青素代谢通路与调控网络，进一步改良陆地棉花色及纤维颜色提供理论参考和基因资源。
研究发现棉花的花瓣是否着色，受显性基因GaPC控制。GaPC属于R2R3 MYB转录因子，是拟南芥AtMYB113的同源基因。白花瓣材料中该基因第二个外显子区插入一个4814 bp的LTR-RT，使GaPC基因功能丧失，表现为隐性遗传的Gapc，对其它颜色基因的表达呈上位性。利用CLCrV-VIGS技术，在黄花瓣海岛棉材料G. barbadenseHai7124和红花瓣陆地棉材料G. hirsutumR1中沉默GaPC基因，基因沉默区域花瓣颜色均呈现白色表型。说明GaPC是调控棉花花瓣颜色形成的关键基因。
图1 GaPC 调控棉花花瓣颜色形成
通过转录组共表达分析以及与代谢组联合分析，揭示了棉花不同花瓣颜色形成的机制。比较不同颜色花瓣转录组数据，发现苯丙烷和花青素途径中的核心基因在红色和红黄色花瓣中表达水平均高于黄色和白色花瓣。代谢分析表明，棉花花瓣颜色与类黄酮和花青素含量显著相关，花瓣的红色和黄色分别源于花青素苷和黄酮醇苷。GaPC结合类黄酮和花青素途径中后期核心酶或基因（ FLS 和 UFGT ）的启动子，促进其高表达，表明 GaPC 通过调节花青素和黄酮的生物合成途径进而控制花瓣的着色。
图2 转录组共表达分析及与代谢组联合分析揭示GaPC功能特征
在转录因子复合体MBW作用网络中，MYB转录因子具有最显著的功能分化，在植物发育进程中扮演非常专化的角色。在二倍体亚洲棉中，位于第六亚群，与拟南芥AtMYB113同源的R2R3-MYB转录因子有5个成员。前人研究表明该类群的不同MYB转录因子与棉花红株、花瓣红心和腺体形成有关。该研究进一步揭示第六亚群一个新的MYB转录因子是调控棉花花瓣颜色形成的关键基因，在花色形成中发挥重要作用。
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