近日，浙江大學(xué)棉花精準(zhǔn)育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Plant Physiology》（中科院一區(qū)Top期刊）發(fā)表了題為《A ubiquitin–GhUBX–GhCDC48 module regulates secondary cell wall thickening in cotton fiber》的研究論文。該研究以高強(qiáng)纖維親本Prema和低強(qiáng)纖維親本86-1中挖掘到的纖維強(qiáng)度關(guān)鍵基因GhUBX為核心，系統(tǒng)解析了棉花纖維次生細(xì)胞壁（SCW）增厚的分子調(diào)控機(jī)制。

棉花纖維強(qiáng)度是決定其紡紗品質(zhì)的關(guān)鍵性狀，而次生細(xì)胞壁的厚度直接影響纖維強(qiáng)度，其分子調(diào)控機(jī)制此前尚不明確。本研究首次在陸地棉中發(fā)現(xiàn)“泛素–GhUBX–GhCDC48”模塊通過26S蛋白酶體降解與ATP酶活性雙重通路精準(zhǔn)調(diào)控次生壁在纖維細(xì)胞中的沉積過程。GhUBX作為泛素E3連接酶，介導(dǎo)GhCDC48的泛素化–26S蛋白酶體降解；當(dāng)GhUBX被抑制或GhCDC48被過量表達(dá)時，纖維細(xì)胞內(nèi)GhCDC48蛋白積累，使得細(xì)胞內(nèi)ATP酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而激活GhsusA、GhKNL1和GhCESA7/8等次生壁加厚關(guān)鍵基因表達(dá)，最終使纖維次生壁厚度增加11.71%–23.83%，纖維強(qiáng)度顯著或極顯著提高。

GhUBX轉(zhuǎn)基因棉花纖維檢測、透射電鏡和掃描電鏡結(jié)果

研究還鑒定出GhUBX編碼區(qū)一個6bp的InDel變異，該變異影響親本中不同GhUBX蛋白與GhCDC48的結(jié)合親和力。進(jìn)一步分析表明，GhUBX通過其UBA結(jié)構(gòu)域和SSR區(qū)段橋接泛素與GhCDC48，介導(dǎo)GhCDC48的泛素化降解過程。

GhUBX通過泛素化調(diào)控GhCDC48并影響纖維強(qiáng)度的工作模型

該研究成果為棉花高強(qiáng)纖維育種提供了可追蹤的分子標(biāo)記，為棉花纖維品質(zhì)分子設(shè)計(jì)育種提供了新靶點(diǎn)。未來可通過基因編輯或反義RNA技術(shù)精準(zhǔn)調(diào)控GhUBX–GhCDC48模塊，快速培育高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)棉花新種質(zhì)，有力支撐我國棉花產(chǎn)業(yè)競爭力的提升。

臧毅浩博士（現(xiàn)為河南科技學(xué)院青年教師）和浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院碩士研究生俞麗珊為本文的共同第一作者，浙江大學(xué)胡艷教授為論文通訊作者，浙江大學(xué)張?zhí)煺娼淌?、司占峰副研究員和四川省農(nóng)科院鄧潔瓊副研究員對本研究工作給予了重要指導(dǎo)。博士研究生馬隆恩、李笑然、玄麗莎、許晨雨、張雅瑤參與了本研究。本研究得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“農(nóng)業(yè)生物育種2030重大專項(xiàng)”和中國博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。