棉花GhMIZ1基因在拟南芥根系向水性反应中的功能互补研究

本研究通过功能互补实验证实棉花GhMIZ1基因可部分恢复拟南芥miz1突变体的向水性缺陷，揭示了MIZ1蛋白在植物水分导向机制中的保守性。研究人员利用35S启动子驱动GhMIZ1在拟南芥中异源表达，通过分裂琼脂板实验证明该基因能介导根系对20%山梨醇浓度梯度的响应，为作物抗旱机制研究提供新靶点。

　　

在植物王国中，根系寻找水源的能力直接关系到生存竞争力。虽然拟南芥中MIZU-KUSSEI1(MIZ1)基因调控向水性反应的机制已被阐明，但这一关键通路在重要经济作物中的保守性仍是未解之谜。尤其对于棉花这种需水量大的纤维作物，理解其根系水分感知机制对培育抗旱品种具有战略意义。

研究人员通过基因组数据库比对发现棉花中存在两个MIZ1同源基因，其中GhMIZ1(Ghi_D03G04396)与拟南芥At2g41660亲缘性最高。为验证其功能，团队采用农杆菌介导的遗传转化技术，将CaMV 35S启动子驱动的GhMIZ1导入拟南芥miz1-076560突变体，通过分裂琼脂板系统（含20%山梨醇梯度）定量分析转基因株系的根系弯曲角度。实验同步采用RT-PCR技术验证基因表达，并利用最大似然法构建了包含苔藓、石松类和被子植物的MIZ1系统发育树。

MIZ1在陆生植物中的保守性

通过多数据库联合分析鉴定出棉花、番茄、水稻等物种的MIZ1同源基因，系统发育分析显示双子叶植物与单子叶植物的MIZ1形成独立进化分支。氨基酸序列比对揭示这些蛋白具有高度保守性，特别是GhMIZ1与拟南芥MIZ1的关键功能域相似度达81%。

GhMIZ1对拟南芥miz1突变体的互补效应

在水分梯度刺激下，野生型拟南芥根系呈现54.3°±6.2的平均弯曲度，而miz1-076560突变体完全丧失向水性。两个转基因株系GhMIZ1-9和GhMIZ1-11分别恢复至32.1°±5.8和38.7°±4.9，虽未达野生型水平但具有统计学显著性（P<0.05）。这种部分互补现象可能与35S启动子的非组织特异性表达有关。

GhMIZ1的表达验证

RT-PCR检测显示转基因株系根系中成功表达842bp的GhMIZ1转录本，而内源EF1α基因作为内参显示稳定的540bp条带。棉花转录组数据进一步佐证GhMIZ1在本氏棉TM-1品种根系中高表达。

该研究首次证实棉花MIZ1同源基因具有保守的向水调控功能，为解析作物水分感知机制奠定基础。值得注意的是，GhMIZ1可能通过调节内质网钙泵ECA1影响胞质Ca²⁺浓度，这与拟南芥中报道的MIZ1-ECA1互作模型相吻合。未来研究需在棉花中敲除GhMIZ1以验证其原生功能，并探索ABA信号通路与钙振荡的协同调控机制。这些发现为设计作物根系构型改良策略提供了分子靶点，对应对全球气候变化下的水资源短缺挑战具有重要意义。