近日，西部中心棉花分子遗传改良创新团队系统阐释了H3K4me3调控棉花纤维单细胞伸长的分子网络，挖掘出衔接表观遗传修饰与纤维生长发育的关键基因GhMYBL，揭示该基因受到转录水平与蛋白互作的双重调控机制，为棉花纤维品质的遗传改良开辟新路径。相关研究成果以"Mapping the epigenetic regulatory network of cotton single-cell fiber elongation mediated by H3K4me3"为题发表在国际知名植物科学期刊《新植物学家（New Phytologist）》（中科院1区Top期刊，IF=8.7）上。

棉花纤维起源于种子表皮分化细胞，既是不可或缺的天然纺织原料，也是探究植物单细胞伸长、细胞壁建成过程的优良模式材料。纤维的生长发育，由多种植物激素与转录因子共同调控，组蛋白修饰等表观遗传机制同样参与其中。H3K4me3作为激活基因转录的重要组蛋白标记，但表观遗传修饰如何调控棉纤维单细胞伸长，此前尚未得到系统解析。

研究团队选用纤维显著缩短、其余组织发育正常的短纤维突变体Li2作为试验材料，整合CUT-Tag、转录组测序、遗传学及分子生物学多种技术手段，解析H3K4me3介导纤维伸长的调控网络。研究表明，Li2突变体与野生型棉花纤维之间，H3K4me3的修饰丰度和基因组定位存在明显差异；受影响的基因主要富集在细胞壁合成、激素信号传导、脂肪酸延伸以及MAPK信号等关键通路，且H3K4me3修饰水平整体和基因表达活性呈正相关。基于上述结果，团队筛选得到核心转录因子GhMYBL。经遗传验证，GhMYBL能够抑制棉花纤维伸长。bHLH转录因子GhHBI1可通过蛋白相互作用，减轻GhMYBL对下游GhXTH22、GhALP1基因的转录抑制效应，进而推动纤维伸长。本研究搭建起H3K4me3-GhMYBL-GhXTH22/GhALP1的棉纤维伸长调控通路，阐明GhMYBL同时受表观遗传修饰与蛋白互作双重调控的分子机理。该成果进一步充实棉花纤维发育的表观遗传理论体系，加深了人们对植物单细胞多层级生长调控机制的理解，同时为棉花纤维品质分子育种提供坚实理论基础与候选基因资源。

该研究得到了国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区自然科学基金、自治区重大科技专项与国家现代农业产业技术体系专项等资助。西部农业研究中心博士研究生于孟丽、助理研究员刘乐和博士后郭豫灵为论文共同第一作者，杨作仁研究员和范李强副研究员为共同通讯作者，李付广研究员对该工作进行了指导。

原文链接：http://doi.org/10.1111/nph.71612

H3K4me3介导的多层级网络调控棉纤维伸长模型