时至今日，虽然化纤产品逐渐被消费者所接受，但天然纤维仍因其优良的特性受到热捧，而许多化纤产品也在性能方面对天然纤维进行模仿。纯棉衣物具有舒适度高、透气性佳、亲肤等优点，棉花也因之成为使用最广泛的天然纤维，我国近几年棉花产量不断下降，而优质棉产量更是存在巨大的缺口。如何大幅度改变棉花品质，满足国人对高品质纯棉衣物的需求呢？
众所周知，棉花长度是决定棉纤维质量的一个重要因素，长绒棉就因此而被誉为“棉中极品”，如果能够使长绒棉的产量增加，就能缓解这一问题。
近日，中科院上海生科院植物生理生态研究所陈晓亚院士研究组最新克隆鉴定了一个控制棉纤维伸长的关键基因，在未来或能解决这一问题。
发现，最有价值的基因
据统计，全世界超过80个国家种植棉花。中国是最大的原棉生产国和消费国，直接从事棉纺织及相关行业的人员达到2000多万，间接从业人员多达1亿。棉纺产业在我国国民经济中具有举足轻重的地位，而我国每年的棉花自给率只有70%左右，高档优质原棉的自给率更低，每年需进口100多万吨优质原棉。
陈晓亚告诉记者，棉纤维是由棉花种子表皮细胞分化而来，是高等植物中伸长最快、合成纤维素最多的单细胞。其发育过程可分为分化与突起、迅速伸长、次生壁合成以及脱水成熟4个部分重叠的时期，其中纤维伸长和次生壁合成与品质性状的关系最为密切。然而到目前为止，关于棉纤维发育、尤其是纤维伸长调控的研究还相对较少。
通过关联分析和遗传定位，研究团队发现了一个含有同源异型框的转录因子ghhox3，它与棉纤维伸长相关。
此次 “捕获”的名为“ghhox3”的基因隐藏在棉花众多基因中，是具有重要育种价值的棉纤维伸长基因。研究组发现ghhox3编码一个转录因子，通过与赤霉素途径的负调控因子della蛋白结合响应激素信号，促进棉纤维细胞伸长，为进一步解析植物细胞伸长的分子机理、克隆棉纤维发育新基因打下了基础，也为棉纤维品质改良提供了靶标基因。
“在棉花体中提高ghhox3的表达可以增加棉纤维长度，而抑制该基因表达则可使纤维显著变短。”陈晓亚在试验中发现， ghhox3低表达的棉纤维展开仅一厘米左右的长度，而ghhox3高表达的棉纤维长度则是低表达棉纤维的几倍。
这意味着ghhox3在纤维伸长的过程中发挥了重要作用，左右ghhox3在棉花体中的表达就可以让棉纤维“自如延展”。陈晓亚说：“这是迄今为止发现的控制棉纤维长度最有价值的基因之一。”
之所以这样说，是因为这一基因的“捕获”不仅为将来的研究指明了方向，还连带解决了另一个重要问题。
一直以来，俗称“绿色革命激素”的赤霉素促进棉纤维伸长的作用机理问题困扰着不少科学家，而找到控制棉纤维长度的关键基因后，这一问题也就迎刃而解。
“赤霉素促进植物细胞伸长，但赤霉素促进棉纤维伸长的作用机理以往并不清楚。”陈晓亚告诉记者。
研究组为揭示植物激素赤霉素在纤维发育过程中的调控机理，在试验中将ghhox3作为“诱饵”进行筛选，发现它可与同一类的另一转录因子结合，形成与棉纤维伸长相关的异源二聚体;而赤霉素途径的负调控因子della蛋白则会与该转录因子“竞争”，“抢占”与ghhox3结合的“先机”，阻碍二聚体的形成。在赤霉素浓度升高时，della蛋白被迅速降解，与之“绑定”的ghhox3得以“释放”，形成高活性的二聚体，激活下游基因的表达，促进棉纤维伸长。
据了解，相关研究论文已于近日发表在了国际学术期刊《自然―通讯》上。
未来，改良棉纤维品质
这一研究并没有结束，在现在看来，仅仅发现这一基因是不够的。
“从目前来的试验结果而言，现在的试验对棉纤维的伸长效果还不是很明显。” 陈晓亚说。
ghhox3被克隆鉴定后，研究人员可以通过试验手段“改造”这一基因，使棉纤维受其作用，从而延长长度。除此之外，还可以通过对其进行研究，找到一系列与棉纤维长度有关的下游基因。
在这个研究组之前发表的论文中，已经发现有两个棉花细胞壁松弛蛋白基因对棉纤维发育具有促进作用。这次的试验进一步证明，ghhox3可以直接结合这两个基因启动子上的顺式元件并激活它们的表达，而细胞壁延展正是棉纤维伸长的必需条件。
而之前发现的两个棉花细胞壁松弛蛋白基因，正在ghhox3众多下游基因之中。
可以预想，在越来越多的关键基因被发现后，棉纤维长度将会普遍延长。
陈晓亚说：“纤维的伸长是一个复杂的调控过程，为进一步发掘ghhox3的其他下游基因，研究组通过高通量测序技术筛选到90个差异表达的功能基因，为棉纤维品质改良提供了一批重要候选基因。”
未来将会有更多的功能基因被挖掘，与已发现的90个差异表达的功能基因进行了比对。该研究组表示，今后将对这些基因做进一步选拔，尽快找出其中的关键基因，将研究成果应用在培育优质棉上。
