果胶酸裂解酶（pectate lyase, PEL）是果胶降解的关键酶，参与植物生长发育相关的多种生物过程，当前对于果胶酸裂解酶的研究多局限于单一物种，缺乏在锦葵科内不同物种间的比较分析和进化信息的揭示。

近期，浙江大学棉花精准育种创新团队张天真教授课题组完成的题为“Genome-wide identification of the pectate lyase (PEL) gene family members in Malvaceae, and their contribution to cotton fiber quality” 的研究在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2024年10期正式发表。

该研究鉴定了10个锦葵科物种中的PEL家族成员，揭示了PEL基因家族在锦葵科植物分化过程中的进化历史。进一步探究PEL基因在棉纤维品质调控中的作用，鉴定到一对海陆直系同源基因GhPEL5b-01和GbPEL5b-01等基因与海岛棉、陆地棉纤维长度差异形成紧密相关，为PEL基因家族在棉纤维品质改良中的潜在利用价值提供了重要信息。

该研究在10个锦葵科物种中共鉴定到597个PEL基因，通过与拟南芥的PEL基因一起构建系统发育树，发现PEL基因家族在锦葵科物种中。可以分为六个亚家族（Clades I, II, III, IV, Va, and Vb）（图1）。

图1：锦葵科物种中PEL基因家族的鉴定与分析

时空表达分析显示陆地棉与海岛棉的Clade Va和Clade Vb亚家族基因在纤维发育时期稳定表达，Clade I亚家族部分基因在纤维发育前期特异性高表达，然而Clade III和 IV中成员的转录水平都极低。上述结果说明PEL基因可能参与调节纤维的发育，并且部分基因在进化过程中可能已逐渐演化为假基因（图2）。

图2：海陆直系同源基因在不同组织中的表达差异分析

纤维长度（fiber length, FL）、纤维强度（fiber strength, FS）和马克隆值（fiber micronaire, FM）等纤维性状在不同的陆地棉和海岛棉品种中存在很大差异。基于PEL基因在陆地棉和海岛棉中的表达模式，选择在纤维发育不同阶段具有较高表达水平的Clade I、III、IV、Va和Vb亚家族成员，进行基因型-表型关联分析。结果表明，在陆地棉中，PEL基因更多与FM关联；在海岛棉中，PEL基因与FL和FS的关联更加紧密（表1）。

通过分析海陆同源基因的关联情况，发现尽管有些同源基因有着相似的表达模式和基因结构，但是并不都与纤维性状相关联。比如GhPEL1-30和GbPEL1-29都在纤维发育早期高表达。在GbPEL1-29的第六个CDS区鉴定出一个与纤维性状显著相关的SNP位点，单倍型分析表明该位点可以将GB_ZJU群体分成两种单倍型，与单倍型分型为Hap_2的海岛棉材料相比，Hap_1的材料的纤维长度和强度显著降低。然而，在GhPEL1-30的相应基因座上并没有发现任何SNP位点与这些性状相关联。在GhPEL1-25/GbPEL1-24中也发现类似的情况。

图3：棉纤维长度性状优异单位型在海陆间的比较分析

浙江大学棉花精准育种创新团队方磊教授为该文章的通讯作者，邓倩硕士为该文章第一作者。该研究得到了国家自然科学基金面上基金（32172008）和浙江省领军型创新创业团队项目（2019R01002）的资助。

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‍https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209531192400234X‍

Cite the article:Qian Deng, Zeyu Dong, Zequan Chen, Zhuolin Shi, Ting Zhao, Xueying Guan, Yan Hu, Lei Fang. 2024. Genome-wide identification of the pectate lyase (PEL) gene family members in Malvaceae, and their contribution to cotton fiber quality. Journal of Integrative Agriculture, 23(10): 3264-3282.

Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.6，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。