棉花（Gossypium hirsutum L.）是重要的经济作物。作为世界第三大油料作物，棉籽占棉花总产量的58%-65%，具有较高经济价值。基因编辑技术在棉花中的应用也比较广泛。在基因编辑载体系统中，通常采用基于RNA聚合酶III的U6/U3启动子驱动gRNA表达，而基于RNA聚合酶Pol II的Ubi启动子和CaMV 35s启动子则用于Cas9基因表达。此外，与异源启动子相比，内源启动子不仅能提高目标基因的表达水平，还能增强其稳定性和重复性转基因表达。此外，启动子中存在多种顺式作用元件和启动子等位基因，这些元件常与作物农艺性状相关。因此，通过启动子进行基因组编辑以实现作物改良是一种新的基因组编辑策略。

近期，新疆维吾尔自治区农业科学院作物分子育种创新团队李波研究员完成的题为“Application of an endogenous pGhαGloA promoter in the CRISPR/Cas12a system for efficient genome editing to create glandless cotton germplasm”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）2026年5期发表。

该研究表明，采用棉花内源性Pol II启动子驱动的crRNA能够提升crRNA转录效率，特别是对多个crRNAs的编辑效率较高，对棉花内源基因实现了精准、高效编辑，同时获得了无腺体的棉花种质。

该研究将棉花内源Pol II型启动子pGhαGloA应用于CRISPR/Cas12a系统，构建了pGhRBE3-pGhαGloA-GhPGF编辑载体，通过遗传转化发现靶标基因中的两个靶标最高编辑效率分别达93.37%、88.24%，显著高于Pol III型启动子系统，且编辑类型以3–12 bp的片段缺失为主，可从T₀代稳定遗传至T₂代。此外，团队还成功筛选出DNA-Free的纯合无腺体棉花株系。

pGhRBE3-pGHαGloA-GhPGF在植物体内的编辑效率

采用pGhRBE3-pGhαGloA基因编辑载体，成功获得无腺体表型的转基因材料后。为获得纯合无腺体表型且DNA-free的后代株系，对GhPGF基因完全编辑的品系进行回交获得DNA-free的纯合后代材料。经鉴定，获得了3个DNA-free的株系，其中，crRNA1缺失了5、8和8 bp片段，而crRNA2则缺失了6、10和0 bp片段。这些品系可为未来品种选育提供实验材料，并作为无腺体棉花品种栽培的重要种质资源。

Cas12a-GhPGF棉花无腺体表型

本研究采用pGhRBE3-pGhαGloA基因编辑载体敲除GhPGF基因，培育出无腺棉材料，从而为棉花生产创建低棉酚或无棉酚的种质资源。本研究成功构建了一套高效精准的CRISPR/Cas12a基因组编辑系统，该系统利用棉株中的PolII启动子。编辑效率高达100%，同时编辑两个crRNA的效率达到66.7%。此外，还获得了无转基因的无腺棉材料，为棉花生产提供了新的种质资源。该系统的发展将推动棉花功能基因组学研究和分子育种，并为棉花精准基因组编辑提供技术支持。

新疆维吾尔自治区农业科学院生物育种实验室李波研究员和华中农业大学金双侠教授为该论文的共同通讯作者，新疆农业大学农学院李晨宇硕士和新疆维吾尔自治区农业科学院生物育种实验室足木热木·吐尔逊助理研究员为该文章共同第一作者。该研究得到了新疆维吾尔自治区重大科技专项计划项目(2023A02003-2)，科技创新项目（2023ZD04074），天山英才培养计划（2023TSYCJU0001）以及新疆农科院稳定支持项目(xjnkywdzc-2022001-1)的资助。

Cite the article:

Chenyu Li, Zumuremu Tuerxun, Yang Yang, Xiaorong Li, Fengjiao Hui, Juan Li, Zhigang Liu, Guo Chen, Darun Cai, Hui Zhang, Xunji Chen, Shuangxia Jin, Bo Li. 2026. Application of an endogenous pGhαGloA promoter in the CRISPR/Cas12a system for efficient genome editing to create glandless cotton germplasm. Journal of Integrative Agriculture, 25(5): 1836-1845.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.09.011

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