GhBGH2-GhGLK1调控模块介导棉花耐盐性的分子机制研究

本研究揭示了棉花中GhBGH2-GhGLK1调控模块通过抑制下游耐盐基因转录负向调控盐胁迫响应的分子机制。通过CRISPR/Cas9敲除、病毒诱导基因沉默（VIGS）和酵母杂交等技术，发现GhBGH2通过结合GhGLK1的C端转录激活域（GCT-box）抑制其功能，而GhGLK1能结合G-box元件激活GhGOLS2等耐盐基因表达。群体遗传分析发现中国西北盐碱区富集的GhGLK1单倍型（Hap-1）具有更高表达量和耐盐性，为耐盐棉花育种提供了新靶点。

　　

1 引言

随着气候变化加剧，土壤盐渍化已成为限制作物产量的主要非生物胁迫。棉花作为重要经济作物，其耐盐性在种子萌发和光合作用阶段表现敏感。前期转录组分析发现负调控基因Gh_D04G136300（后命名为GhBGH2）在耐盐材料中下调表达。BGH2属于Brassinosteroid（BR）信号下游的bpg基因家族，而GhGLK1作为GARP家族转录因子，已知参与叶绿体发育和逆境响应，但二者在盐胁迫中的协同机制尚不明确。

2 材料与方法

实验以陆地棉品种Z49为材料，通过CRISPR/Cas9构建bgh2突变体（bgh2-1含A基因组4-bp缺失，bgh2-2含D基因组1-bp插入）。盐处理采用200 mM NaCl（萌发）和400 mM NaCl（幼苗）。生理指标检测显示超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性通过试剂盒测定。转录组采用Illumina测序，差异基因通过DESeq2分析。酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）验证蛋白互作，电泳迁移率变动分析（EMSA）和双荧光素酶报告系统确认GhGLK1对G-box（CCAATC）的结合活性。

3 结果

3.1 GhBGH2的功能验证

GhBGH2在盐敏感材料CJ-A3中表达量较耐盐材料HN4高2.3倍（p<0.01）。VIGS沉默GhBGH2后，TRV::GhBGH2植株在盐胁迫下萎蔫程度减轻，SOD活性提升1.8倍（p<0.01）。CRISPR突变体bgh2的萌发率比野生型（WT）高37%，根生物量增加52%（p<0.05）。

3.2 GhGLK1的调控机制

AlphaFold3预测显示GhGLK1的C端330-423aa（含GCT-box）与GhBGH2互作。Co-IP实验证实GhBGH2特异性结合该区域。GhGLK1过表达株系OE-GLK1在100 mM NaCl处理下存活率达78%，显著高于glk1/2双突变体（32%）。

3.3 下游通路激活

GhGLK1通过G-box激活GhGOLS2（半乳糖醇合成酶）、GhPYR1（ABA受体）等基因。双荧光素酶实验显示，GhBGH2可使GhGLK1对GhLTI65启动子的激活效率降低64%（p<0.05）。

3.4 单倍型育种价值

4180份材料中鉴定到GhGLK1的Hap-1单倍型（含CAG-C缺失），在中国西北盐碱区占比78.8%。Hap-1材料中GhGLK1表达量是Hap-0的2.1倍（p<0.05），CAT活性提高1.5倍。

4 讨论

该研究首次揭示GhBGH2通过遮蔽GhGLK1转录激活域抑制耐盐基因表达的"刹车"机制。在盐胁迫下，GhBGH2表达下调可解除抑制，使GhGLK1激活抗氧化酶和渗透调节基因。Hap-1单倍型的发现为分子设计育种提供了天然优异等位基因。未来可探索GhGLK1在光合作用与胁迫响应间的"源-库"平衡作用，以及BR信号对该通路的调控。