Core cis-element variation confers subgenome-biased expression of a transcription factor that functions in cotton fiber elongation.
Core cis-element variation confers subgenome-biased expression of a transcription factor that functions in cotton fiber elongation.
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DOI：
10.1111/nph.15063
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发表时间：
2018-05
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Chen XY
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhao B;Cao JF;Hu GJ;Chen ZW;Wang LY;Shangguan XX;Wang LJ;Mao YB;Zhang TZ;Wendel JF;Chen XY
棉花品种已经进化到生产对纺织工业很重要的广泛、长、种子纤维，但我们对可纺纤维形成的分子机制知之甚少。在这里，我们报道了棉花中的PACLOBUTRAZOL RESISTANCE 1 （PRE1）是如何成为可纺纤维进化的靶基因的，该基因编码基本螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子。同源基因在多倍体中的差异表达被认为是植物适应和新表型的重要因素。PRE1在棉纤维细胞中特异表达，在棉纤维快速伸长阶段表达上调，在异源四倍体品种中有A‐同源偏倚。转基因研究表明，PRE1是纤维伸长的正向调节因子。我们确定典型TATA - box的自然变异是亚基因组偏倚PRE1表达所必需的，这是许多真核生物核心启动子中常见的一种调控元件，代表了同源基因选择的一种机制。因此，细胞伸长调节基因PRE1启动子的变异有助于棉花可纺纤维的形成。在转基因棉花中过表达GhPRE1可使棉纤维变长，品质参数得到改善，表明该bHLH基因可用于改善棉纤维品质。
Cotton cultivars have evolved to produce extensive, long, seed‐born fibers important for the textile industry, but we know little about the molecular mechanism underlying spinnable fiber formation. Here, we report how PACLOBUTRAZOL RESISTANCE 1 (PRE1) in cotton, which encodes a basic helix‐loop‐helix (bHLH) transcription factor, is a target gene of spinnable fiber evolution. Differential expression of homoeologous genes in polyploids is thought to be important to plant adaptation and novel phenotypes. PRE1 expression is specific to cotton fiber cells, upregulated during their rapid elongation stage and A‐homoeologous biased in allotetraploid cultivars. Transgenic studies demonstrated that PRE1 is a positive regulator of fiber elongation. We determined that the natural variation of the canonical TATA‐box, a regulatory element commonly found in many eukaryotic core promoters, is necessary for subgenome‐biased PRE1 expression, representing a mechanism underlying the selection of homoeologous genes. Thus, variations in the promoter of the cell elongation regulator gene PRE1 have contributed to spinnable fiber formation in cotton. Overexpression of GhPRE1 in transgenic cotton yields longer fibers with improved quality parameters, indicating that this bHLH gene is useful for improving cotton fiber quality.
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