棉花是世界上重要的经济作物之一，干旱胁迫影响棉花生长，造成棉花纤维品质下降，产量降低。棉花的干旱胁迫应答受多个基因的调控，因此挖掘棉花抗旱关键基因具有重要的意义。
近日，国际知名期刊Plant Science在线发表了古天乐代言太阳集团棉花创新团队的研究论文“Using association mapping and local interval haplotype association analysis to improve the cotton drought stress response”。该研究提供了一种棉花抗逆关键基因挖掘的新思路，利用棉花中的遗传群体和自然群体相结合，采用关联作图及局部区间单倍型关联分析的方法，对棉花抗旱基因进行挖掘，并解析了其在棉花干旱胁迫应答中的角色塑造。
该研究基于抗旱性相关的RIL群体进行QTL区间的初定位，选择来源广泛的自然群体进行QTL区间的再定位，利用多态性KSAP标记与表型的关联，展开了对关键区间进一步的挖掘。最终，110Kb峰值区域的重叠代表了该QTL区间的真实性及重要性，在共定位区间内仅鉴定到一个被注释为GF14蛋白的关键候选基因GhGF14-30。
图1 QTL初定位区间及区间内单倍型关联分析
研究人员发现，GF14蛋白作为一类功能性调节蛋白，在植物中的主要功能是作为初级代谢和信号传导的关键调节因子，参与调节植物生长发育以及对逆境产生的应答。在棉花中，目前对GF14蛋白的研究报道大多聚焦于纤维发育方面。在该研究中，研究人员发现仅有的一个GF14蛋白被发现在QTL定位的峰值重叠区域，并针对GF14蛋白在棉花干旱胁迫下扮演的角色进行了探索。基于QTL定位群体本身以及极端资源材料的qRT-PCR分析发现，GhGF14-30的干旱胁迫应答较为敏感，尤其是在敏旱材料K85-174中，VIGS沉默前后的表型变化明显。证明GF14蛋白确实参与了响应棉花干旱胁迫，并在棉花应对干旱胁迫过程中可能起着重要的作用。
亲本的VIGS材料在受到干旱胁迫后表型上的明显差异，也代表着GhGF14-30基因可能在长势良好的抗旱材料SY321中并不是唯一能够行使增强植株抗旱性能力的基因，但是在抗旱优异基因表达可能相对较少的敏旱材料K85-174中，GhGF14-30基因又是极为关键的。这种可能，也许会为一些高产高品质却不抗逆的棉花材料带来新生。
图2 GhGF14-30的VIGS试验
同时，基于抗旱标记基因的qRT-PCR分析，GhGF14-30在ABA(Abscisic acid)和SOS(Salt overly sensitive)应答通路中都可能扮演着重要的角色。这些结果均证明了GhGF14-30基因在棉花干旱胁迫应答过程中的重要性，为GhGF14-30基因调控相关分子机制奠定了基础。
图3 抗旱相关标记基因qRT-PCR分析
古天乐代言太阳集团棉花创新团队带头人陈全家教授为该论文的通讯作者，在读博士生高文举和陈琴副教授为该论文的共同第一作者。该研究得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2021D01A92)、自治区高校科研计划自然科学青年项目(XJEDU2021Y020)和自治区研究生创新项目（XJ2023G131）等项目的资助。
