囊泡相关膜蛋白关联蛋白GhVAP1调控棉花纤维发育的分子机制研究

本研究针对棉花纤维发育调控机制不明的科学问题，通过筛选与GhAlaRP互作的VAP蛋白GhVAP1，结合CRISPR-Cas9基因编辑和转录组分析，发现GhVAP1通过ER定位参与SNARE介导的囊泡运输途径，与GhSyntaxins形成调控网络，显著影响纤维伸长和强度。该研究为棉花纤维品质改良提供了新靶点。

　　

棉花作为全球最重要的经济作物之一，其纤维品质直接影响纺织工业的发展。棉花纤维发育是一个复杂的单细胞分化过程，其中伸长和次生壁增厚阶段对纤维长度和强度起决定性作用。尽管已知多种基因参与调控，但囊泡运输和细胞骨架动态在纤维发育中的精确调控机制仍不清楚。尤其值得注意的是，内质网(ER)与质膜(PM)接触位点(ER-PM contact sites)作为新兴的物质运输通道，其关键调控因子VAP蛋白在植物中的功能研究仍十分有限。

中国农业科学院棉花研究所的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，首次系统揭示了棉花VAP家族基因特征，并聚焦GhVAP1基因的功能解析。研究人员采用酵母双杂交筛选发现GhVAP1与纤维发育关键蛋白GhAlaRP互作，通过构建过表达和CRISPR-Cas9敲除株系，结合转录组测序和蛋白互作验证等技术，阐明了GhVAP1通过ER定位调控SNARE介导的囊泡运输途径影响纤维发育的分子机制。

研究首先通过生物信息学鉴定了四倍体棉花中41个GhVAPs家族成员，系统分析了其染色体分布、结构域特征和进化关系。GhVAP1含有典型的MSP、CCD和TMD结构域，与拟南芥AtVAP27-1/3/5/7同属进化枝I。表达模式分析显示GhVAP1在伸长期纤维(12 DPA)中特异性高表达。亚细胞定位证实其定位于ER，与ER标记蛋白HDEL共定位。

基因功能验证是研究的核心发现。通过CRISPR-Cas9构建的vap1突变体表现出纤维长度减少5.30-7.20%、强度降低6.75-12.15%的表型，同时植株高度显著降低22-30%。转录组分析鉴定到904个差异表达基因(DEGs)，KEGG富集显示这些基因主要参与SNARE相互作用的囊泡运输、糖代谢和植物激素信号转导等通路。值得注意的是，7个Syntaxin家族基因和16个驱动蛋白(Kinesin)基因表达显著下调，暗示GhVAP1可能通过调控细胞骨架相关蛋白影响纤维发育。

分子机制研究发现，GhVAP1不仅与先前报道的GhAlaRP互作，还能与两个新发现的Syntaxin蛋白(GhSyntaxin-A/D)相互作用。这些Syntaxin蛋白含有典型的T_SNARE结构域，在纤维伸长和次生壁增厚阶段(10-25 DPA)高表达。BiFC和Co-IP实验证实了这些蛋白互作的真实性，且在vap1突变体中，GhSyntaxin-A/D在纤维发育后期的表达显著受抑制，提示GhVAP1可能通过动态调控Syntaxin蛋白参与不同发育阶段的囊泡运输。

讨论部分深入分析了GhVAP1的多重调控功能。作为ER定位的VAP蛋白，GhVAP1可能通过三种途径影响纤维发育：一是作为分子桥梁连接ER-PM接触位点，调控物质运输；二是通过互作GhSyntaxins影响SNARE复合体介导的囊泡运输；三是间接调控驱动蛋白和细胞壁合成相关基因的表达。研究创新性地将VAP蛋白功能与棉花纤维品质性状关联，不仅丰富了植物细胞伸长调控的理论体系，更为分子设计育种提供了重要靶标基因GhVAP1。

该研究的突破性在于首次揭示了VAP蛋白在棉花纤维发育中的核心作用，建立了GhVAP1-GhAlaRP-GhSyntaxins调控网络模型。未来研究可进一步解析该网络中各组分的时空表达调控关系，以及探索通过基因编辑精准调控GhVAP1表达来提高纤维品质的可行性。这些发现为理解单细胞分化机制提供了新视角，对其它经济作物品质改良也具有借鉴意义。