GhCYSTM9：棉花抗寒 “小卫士”，开启遗传改良新征程

为探究棉花低温胁迫相关基因功能，河北省农林科学院研究人员对 GhCYSTM9 展开研究，发现其正向调控抗寒能力，为棉花遗传改良提供理论依据。

　　在植物的生长过程中，它们常常会面临各种恶劣的环境挑战，就像一场接一场的 “生存大冒险”。其中，低温胁迫对植物来说是一个巨大的威胁，它会影响农作物的生长、发育，进而导致减产，严重威胁全球粮食安全。棉花作为一种重要的经济作物，原产于热带和亚热带地区，对低温十分敏感。在春天播种和秋天开花结铃的关键时期，一旦遭遇低温，棉花的生长就会受到极大的影响，产量和质量都会大打折扣。

目前，虽然在模式植物中已经鉴定出了一些与低温相关的基因和转录因子，但对于棉花在低温胁迫下的基因鉴定和分子调控机制，我们的了解还远远不够。因此，挖掘更多与棉花抗寒相关的新基因，揭示其背后的分子机制，就成为了科学家们亟待解决的问题，这对于提高棉花的抗寒能力，保障棉花产量具有重要意义。

河北省农林科学院的研究人员勇挑重担，开展了关于 GhCYSTM9 在棉花低温胁迫响应中功能的研究。他们发现，GhCYSTM9 在棉花应对低温胁迫的过程中发挥着积极的作用。这一研究成果为棉花抗寒遗传改良提供了重要的理论基础，有望助力培育出更抗寒的棉花品种。

为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术，通过该技术沉默棉花中的 GhCYSTM9 基因，从而探究其对棉花抗寒能力的影响；其次是转基因技术，将 GhCYSTM9 基因转入拟南芥中，使其过量表达，观察对拟南芥抗寒能力的作用；此外，还利用了转录组分析技术，研究转基因拟南芥在低温处理后的基因表达变化；以及酵母双杂交和双分子荧光互补技术，用于鉴定与 GhCYSTM9 相互作用的蛋白。

下面来详细看看研究结果：

• 沉默 GhCYSTM9 降低棉花抗寒能力：研究人员利用 VIGS 技术沉默棉花中的 GhCYSTM9 基因。实验结果显示，在接种 14 天后，GhCYSTM9 基因沉默效果显著。经过 4 周的接种后进行低温处理，发现沉默植株的叶片失水更快，干枯现象更严重，叶片边缘萎缩卷曲程度比对照植株更明显。同时，沉默植株叶片的 MDA 含量显著升高，脯氨酸含量降低，这表明 GhCYSTM9 基因沉默导致棉花植株的抗寒能力下降。
• 过表达 GhCYSTM9 提高拟南芥抗寒能力：研究人员构建了 GhCYSTM9 过表达载体，并将其转入拟南芥中。在低温胁迫下，过表达 GhCYSTM9 的拟南芥种子发芽率更高，根伸长更长。在幼苗期，经过低温处理后，过表达植株的存活率显著高于野生型植株，且 MDA 含量更低，脯氨酸含量更高。这一系列结果表明，过表达 GhCYSTM9 可以增强拟南芥的抗寒能力。
• 转录组分析揭示 GhCYSTM9 调控氧化还原相关基因：对野生型和过表达 GhCYSTM9 的拟南芥幼苗进行 RNA 测序分析。结果发现，过表达 GhCYSTM9 导致与氧化应激反应、谷胱甘肽代谢等相关的基因显著富集。KEGG 通路分析表明，GhCYSTM9 参与了 MAPK 信号通路、谷胱甘肽代谢等过程。此外，还发现一些与解毒、ROS 清除以及非生物胁迫响应相关的关键基因在过表达植株中显著上调，这说明 GhCYSTM9 可能通过调节氧化还原相关基因来增强植物的抗寒能力。
• GhCYSTM9 与 GhLHCB2A1 相互作用：研究人员通过酵母双杂交和双分子荧光互补实验，证实了 GhCYSTM9 与光捕获叶绿素 a/b 结合蛋白 GhLHCB2A1 存在相互作用。GhLHCB2A1 在叶片中高表达，且在低温和干旱胁迫下表达上调，之前的研究表明它对植物的抗寒和抗旱能力具有正向调控作用，推测二者可能协同调节植物在低温胁迫下的抗性。

研究结论和讨论部分指出，GhCYSTM9 在植物应对低温胁迫中发挥着重要的正向调控作用。通过过表达和基因沉默实验，发现其增强抗寒能力与减少 ROS 产生、高效清除 ROS 有关，这影响了 ROS 介导的氧化还原信号传导。同时，转录组分析进一步证实了 GhCYSTM9 参与调控氧化应激相关基因。此外，GhCYSTM9 与 GhLHCB2A1 的相互作用，为揭示植物低温胁迫响应的分子机制提供了新的线索。然而，目前关于它们在低温胁迫下的相互作用模式和调控途径仍有待进一步研究。

总的来说，这项研究首次揭示了 GhCYSTM9 在棉花低温胁迫响应中的功能，为深入理解植物抗寒机制提供了新的视角。研究成果不仅有助于推动棉花抗寒遗传改良的进程，为培育更抗寒的棉花品种提供理论支持，也为其他植物的抗寒研究提供了重要的参考，在植物抗逆领域具有重要的科学意义和应用价值。