近日，南京农业大学棉花遗传与种质创新利用团队在Plant Physiology在线发表了题为“A cell wall-localized β-1, 3-glucanase promotes fiber cell elongation and secondary cell wall deposition”的研究论文。该研究鉴定出一个细胞壁定位的β-1, 3-葡聚糖酶GhGLU18，证实该蛋白通过参与棉纤维细胞的糖代谢和细胞壁发育进程影响棉纤维长度和强度的作用机制，揭示了棉纤维细胞壁中胼胝质的代谢过程及对棉花品质性状形成的重要影响。

胼胝质是一种以β-1, 3糖苷键结合的葡聚糖，其合成和分解在调控植物生长发育和多种胁迫响应等过程中发挥重要作用，解析其合成和分解机制并阐明其调控作物重要性状功能一直是作物学领域研究热点。棉纤维是植物中最长的单细胞，成熟的棉纤维由99%以上的纤维素组成。在棉纤维伸长过程中，细胞壁中会积累大量胼胝质，其含量在纤维伸长末期达到最高峰，约占细胞壁总量的10-15%；而后，随着次生细胞壁的合成，胼胝质被逐渐降解，至纤维成熟时其含量下降到小于1 %。然而，胼胝质含量动态变化对棉纤维细胞发育及品质性状形成的作用机制仍不清楚。

该研究团队鉴定到一个在棉纤维中特异表达的β-1, 3-葡聚糖酶基因GhGLU18，利用陆地棉群体关联分析发现该基因的不同单倍型与棉纤维长度及强度显著相关。亚细胞定位和体外酶活实验表明GhGLU18蛋白定位于细胞壁，并且可以降解β-1, 3-糖苷键连接的海藻二糖及海藻多糖。进一步创制了GhGLU18过量表达及抑制表达转基因棉花材料并进行表型鉴定，发现GhGLU18基因同时参与了棉纤维的伸长和次生细胞壁加厚过程，影响棉纤维的长度和强度。结合转基因材料的转录组分析、可溶性糖含量测定、细胞壁组分测定、以及参与棉纤维细胞壁发育关键基因表达等系统研究，阐明GhGLU18通过影响多糖代谢和细胞壁发育过程，进而参与纤维伸长和次生细胞壁合成的生化与分子机制。研究进一步对GhGLU18基因的上游调控因子进行了挖掘，发现NAC转录因子GhFSN1可以直接调控GhGLU18基因的表达。

前人研究表明，定位于胞间连丝的β-1,3葡聚糖酶在棉纤维发育中发挥重要作用。本研究鉴定到一个在棉纤维中特异表达、定位于细胞壁上的β-1, 3-葡聚糖酶GhGLU18， 明确GhGLU18通过参与多糖代谢和细胞壁发育过程影响棉纤维伸长和次生细胞壁加厚。研究结果为进一步理解糖代谢参与棉纤维发育机理提供了参考，也为通过调控胼胝质代谢改良棉花纤维品质提供了理论支撑和新材料。

南京农业大学已毕业博士研究生房帅和尚小光副教授为论文共同第一作者，南京农业大学郭旺珍教授和美国East Carolina University张宝红教授为论文共同通讯作者。钟山青年研究员李维希博士，在读研究生何庆飞，宋晓辉参加了部分工作。该研究得到国家重点研发计划（2022YFD1200300），江苏省重点研发计划（BE2022384）和省部共建现代作物生产协同创新中心项目资助。