在棉花纤维发育的复杂调控网络中，转录与转录后机制如何协同作用，一直是科学界未完全解开的谜题。近日，郑州大学农业与生物制造学院李付广研究员团队在Journal of Advanced Research（中科院1区，IF13）上发表了一项重要研究，首次在群体水平上系统解析了棉花纤维伸长的遗传基础，揭示了eQTL（表达数量性状位点）与sQTL（剪切数量性状位点）如何通过独立成分分析（ICA）协同调控纤维发育。该研究不仅构建了首个棉花纤维发育过程中的可变剪切全景图谱，还鉴定出关键基因模块M103及其下游调控通路 GhBEE3–GhMYB16，为棉花分子设计育种提供了全新靶点与理论支撑。
研究人员利用421份陆地棉核心种质，在开花后5天与10天这两个纤维快速伸长的关键时期，开展了大规模转录组测序与遗传分析。研究共鉴定出超过5万个可变剪切事件，其中外显子跳跃（SE）和内含子保留（RI）事件显著影响蛋白质功能结构域，从而贡献了蛋白多样性。进一步通过sQTL分析，团队发现了数千个调控可变剪切的遗传位点，其中绝大多数为跨染色体作用的trans-sQTL，揭示了转录后调控的复杂遗传架构。
研究首次在棉花中整合eQTL、sQTL与TWAS（转录组关联分析），发现虽然sQTL与eQTL在遗传上相对独立，但它们通过独立成分分析（ICA）协同调控纤维发育。尤为重要的是，团队鉴定出一个与纤维长度显著相关的基因模块M103，该模块与已知纤维长度主效位点FL2共定位，模块内基因显著富集于长链脂肪酸代谢、细胞壁合成等与纤维伸长密切相关的通路。
在机制深入解析方面，研究聚焦于M103模块中的两个关键基因：GhMYB16（转录因子）与GhBEE3（BR信号通路组分）。实验验证表明，GhBEE3可直接结合GhMYB16启动子区的E-box motif，并增强其转录活性。过表达任一首因都会导致纤维变短，说明该模块在精细调控纤维伸长中具有重要功能。这一发现不仅揭示了BR信号通路与脂肪酸代谢在纤维发育中的交汇调控，也为通过调控关键转录因子改良纤维品质提供了新思路。
该研究首次在群体尺度上掲示了棉花纤维伸长过程中转录与转录后层面的协同调控网络，突破了以往研究多局限于转录调控的局限。所构建的sQTL图谱、鉴定的关键模块与基因，为棉花纤维品质的遗传改良提供了丰富的数据资源与候选基因，推动棉花育种从“经验选育”迈向“精准设计”。
作者介绍
李付广，国际欧亚科学院院士，著名植物生物工程与棉花遗传改良专家。现任棉花生物育种及综合利用全国重点实验室主任、国家棉花产业技术体系首席科学家、国家棉花产业联盟理事长，并兼任郑州大学农学院院长。他于1989年毕业于北京农业大学，2003年获中国农业科学院博士学位，此后长期扎根于中国农业科学院棉花研究所，从科研一线逐步成长为研究所所长及学科领军人物。
李付广研究员是我国棉花生物育种领域的开拓者和组织者。其科学贡献主要包括：第一，开创基因组研究先河，率领团队率先绘制了雷蒙德氏棉、亚洲棉和陆地棉的基因组图谱，系统揭示了棉花演化规律与纤维发育机制，为生物育种奠定了关键理论基础；第二，突破核心技术瓶颈，通过多年攻关建立了高效、规模化的棉花转基因技术体系，显著缩短育种周期，并创制了大批抗虫、优质新种质，为推动国产抗虫棉产业化、保障我国棉花种源安全作出了决定性贡献；第三，统筹产业高质量发展，作为国家棉花产业体系首席，他立足产业战略需求，积极推动高品质棉花种植、棉秸秆高值化利用，并助力中国棉花科技“走出去”，为提升我国棉花产业的国际竞争力和可持续发展提供了重要科技支撑。因其杰出成就，他先后获得国家杰出青年科学基金资助，牵头国家基金委创新研究群体，并以第一完成人获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项，荣获何梁何利基金创新奖、中华农业英才奖等荣誉。他在《自然·遗传学》、《自然·生物技术》等顶级期刊发表多篇重要论文，获授权发明专利26件，其工作实现了从基础理论突破、技术体系创建到产业应用推广的全链条创新，被誉为“一心只为中国棉”的战略科学家。
本文作者：Z.L.
责任编辑：Y.Z.
文章题目：Independent component analysis deciphers the genetic basis of cotton
fiber elongation through eQTLs and sQTLs
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2025.10.058
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