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为探究棉花纤维品质和纺织品阻燃性遗传机制，研究人员开展相关研究，鉴定出多个候选基因，意义重大。
棉花，这种在日常生活中随处可见的植物，不仅是纺织业的重要原料，其纤维细胞更是研究细胞极性和生长的理想模型。在棉花的种植和应用中，诸多问题亟待解决。一方面，棉花纤维的长度、强度、细度（Micronaire，MIC）等品质特性，极大地影响着纱线、织物的质量和价值，而培育具有优良纤维品质的棉花品种，一直是育种家们努力的方向。另一方面，纺织品的阻燃性也是消费者关注的重点，传统依赖化学阻燃剂的方法存在一定弊端，探寻植物自身遗传机制对纺织品阻燃性的影响迫在眉睫。
为了攻克这些难题，美国农业部农业研究服务局（USDA-ARS）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为棉花遗传改良提供了重要线索。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是对 132 个陆地棉（Gossypium hirsutum）品系进行基因组 DNA 测序，获得 20× 覆盖度的短读长序列数据；二是利用来自 11 个品系构建的多亲本高代互交（MAGIC）群体，对发育中的纤维进行转录组 RNA 测序；三是通过多种生物信息学软件，如 hisat2、bcftools、SnpEff 等对测序数据进行分析，筛选出有意义的基因变异和表达差异基因。
研究结果如下：
- 测序与转录组分析：通过对 132 个陆地棉品系测序，研究人员鉴定出 24,996 个 DNA 序列变异，这些变异预计会影响 10,418 个注释基因的功能。在转录组分析中，他们在 550 个 MAGIC 重组自交系（RILs）发育的纤维中，分别在 8 天和 16 天胚珠后（DPA）鉴定出 2,517 个和 2,729 个具有双峰表达模式的基因，这些基因可能是影响纤维性状的关键基因。
- qA07-STR 区域的变异：研究聚焦于 qA07-STR 区域，这是一个已被证实与棉花纤维强度密切相关的位点。研究人员在该区域鉴定出 12 种单倍型，并发现 5 个具有非同义 DNA 变异的基因。其中，A07-1731（Gohir.A07G191600）基因尤为特殊，其启动子区域存在一个 277bp 的插入缺失（indel），被注释为转座子元件 TE0072061，同时编码序列中的一个单核苷酸多态性（SNP）导致了非同义替换，可能破坏了核输出信号（NES）基序。携带该基因替代等位基因的品系，在 8-DPA 和 16-DPA 时 A07-1731 表达更高，且棉花纤维强度也有所增加。
- 其他候选基因：研究人员还发现了多个与纤维品质相关的候选基因。例如，qD11-UHML-KRP6（Gohir.D11G197900）、qD13-STR-1792（Gohir.D13G174500）、qA13-MIC（Gohir.A13G157500）、qD04-ELO-WLIM（Gohir.D04G160000）和 A03-WLIM（Gohir.A03G182100）。这些基因在 DNA 序列和 RNA 表达上均存在变异，且与之前报道的数量性状位点（QTL）紧密相关，可能在纤维长度、强度、细度等品质性状中发挥重要作用。
- 潜在阻燃性基因：通过对可能影响纤维和纺织品燃烧的基因家族成员进行筛选，研究人员发现了 16 个在 8-DPA 和 16-DPA 纤维中均具有双峰 RNA 表达的基因，这些基因可能包含有用的表达变异，为研究棉花纺织品阻燃性提供了新的方向。
- 基因间的上位性互作：研究发现 qA07-STR 候选基因 A07-1731 和 qD13-STR 候选基因 D13-1792 之间存在加性上位性互作，共同影响棉花纤维强度。携带这两个基因替代等位基因的 RILs，纤维强度更高，表明这两个基因在调控纤维强度方面具有协同作用。
研究结论和讨论部分指出，该研究通过对 132 个历史栽培品种和育种材料的测序，结合转录组分析，成功鉴定出多个与棉花纤维性状相关的候选基因，包括纤维强度和潜在的阻燃性相关基因。这些基因的发现，为棉花遗传改良提供了丰富的遗传资源。例如，A07-1731 基因启动子区域的 indel 和编码区的变异与纤维强度的关联，为通过基因编辑等手段改良棉花纤维品质提供了理论依据。同时，研究中发现的基因间上位性互作，也为深入理解棉花纤维发育的遗传调控网络提供了新的视角。然而，研究中对于一些基因功能的推测，如 A07-1731 基因中 NES 基序的作用，以及转座子元件对基因表达调控的机制等，还需要进一步的实验验证。但总体而言，该研究为棉花育种和植物生物学研究提供了重要的参考，有望推动棉花产业的可持续发展。
