棉花是全球重要的经济作物之一，其主要收获物棉纤维是纺织工业主要的原材料涵乔财富，副产品棉籽的用途也十分广泛。棉籽既是棉花良种繁育的重要指标，也是食用油、蛋 白、饲料和生物燃料的来源。棉花生产上多用籽指来表示种子的大小，籽指是一百粒 正常成熟棉籽的重量，是棉花重要的产量性状之一。综合高产是现代棉花育种的目标，然而棉花种子发育的调控机制依然不清晰 因此，解析棉花种子大小的遗传机理和分子机制对于棉花附加值开发具有重要意义。
近日，浙江大学关雪莹团队在国际知名综合性期刊Journal of Advanced Research（IF=13.0）上发表了题为“Harnessing GhGRDP1 natural variation for enhanced cotton seed yield: a rhamnose-dependent strategy in breeding”的研究论文。该研究利用278份陆地棉自然群体进行GWAS和eQTL联合分析，鉴定到一个与棉花产量性状籽指相关的基因GhGRDP1（Glycine-rich domain protein），并且进一步系统解析了GhGRDP1相关的自然变异、分子调控机制及在植物界的进化途径。
本研究在陆地棉群体中发现了一种由单碱基缺失引起的移码突变。该突变导致产生提前终止密码子（PTC）涵乔财富，从而触发了无义介导的mRNA降解（NMD，Nonsense-mediated mRNA decay）。该变异导致GhGRDP1基因表达量和棉花籽指（seed index）显著降低。小粒等位变异GhGRDP1HAP2在棉花驯化过程中受到选择，其自然变异在陆地棉种群特有的。而大粒等位变异 GhGRDP1 HAP1 在全球的棉花育种中仍未被广泛利用，这可能与全球棉花育种更侧重于高衣分的选择有关。
GhGRDP1正向调控棉花种子大小，GhGRDP1与GhRHM1在体外和体内均能相互结合，且GhGRDP1能增强GhRHM1的活性。这使得UDP-鼠李糖（UDP-Rha）含量增加，进而促进细胞扩张，最终影响种子大小，同时提升了种子蛋白的含量。因此，GRDP1作为RHM1的辅助因子，起着‘阀门’的作用，是棉花育种中更适宜且更优选的靶标。
此外涵乔财富，通过对棉花、水稻、拟南芥三个物种转基因植物的表型检测，发现GRDP1的直系同源蛋白可能在植物的种子大小和重量控制中发挥保守的作用。GRDP基因家族的进化分析发现，GRDP1在核心被子植物中演化出sGRD结构域，以调控种子大小。
综上，本研究发现受无义介导的mRNA降解途径调控转录活性的
GhGRDP1是陆地棉种子大小的关键基因，将为利用该位点进行棉花品种的改良与选育奠定基础；同时填补了GRDP在植物分子调控机制的研究空白，对解析棉花种子发育具有重大指导意义。
浙江大学棉花精准育种团队博士研究生赵涌妍为论文第一作者，浙江大学棉花精准育种团队关雪莹研究员为论文通讯作者。浙江大学棉花精准育种团队张天真教授、赵汀研究员，浙江大学海南研究院张志远副研究员，南京师范大学钟伯坚教授，新疆农业科学院棉花研究所梁亚军研究员参与了该研究。该研究获得国家重点研发计划、浙江大学海南研究院专职科研人员启动项目、新疆农业大学、新疆维吾尔自治区金融科技项目、国家自然科学基金、三亚市科技产业和信息化局和三亚崖州湾科技城博士科研创新基金的资助。
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