近日，华中农业大学棉花遗传改良团队解析脱叶剂诱导棉花叶片脱落的核心分子机制，成功创制出“减药不减效”的新型棉花种质，为提升机采棉品质、推动农业绿色发展提供了关键技术支撑。该成果日前刊发于学术期刊Molecular Plant。

（新型棉花种质proPER21::GhRLF1。受访单位供图）

研究团队以我国机采棉品种“新陆早50号”为研究对象，通过细胞学观察发现，叶柄基部存在约包含10层细胞的脱落区，在一定浓度脱叶剂处理48小时后，棉花植株的功能叶的叶柄基部从此区域发生断裂，脱离植株母体。为解析这一过程的分子机制，团队采用单核转录组测序技术，首次绘制了棉花叶柄脱落区的高分辨率细胞图谱，成功捕获了超过10万个细胞核的基因表达信息。

数据分析显示，脱叶剂处理后，叶柄脱落区动态形成“脱落细胞”和“保护层细胞”两类新型功能细胞。同时，研究团队锁定关键基因GhRLF1，其编码的细胞分裂素氧化酶可降解脱落区细胞分裂素，从而触发脱落信号。实验表明，GhRLF1过表达株系在脱叶剂处理72小时后，叶片脱落率高达95%，而敲除突变体仅50%，证实了其核心调控作用。

此外，研究发现脱叶剂通过激活“先锋者”转录因子GhWRKY70，驱动GhRLF1的早期表达；48小时后，另一“后继者”转录因子GhMYB108接力启动GhRLF1的持续表达，形成“双因子接力”级联调控网络，确保细胞分裂素水平持续下降，从而精确控制叶片脱落的时序，为优化脱叶剂应用提供了科学依据。

据研究团队介绍，尽管GhRLF1可显著提升脱叶效率，但其在棉铃等器官的过量表达会导致细胞分裂素水平异常，引发棉铃发育受阻、产量下降的问题。为此，团队筛选到仅在脱叶剂处理的叶柄脱落区特异性激活，而在棉铃等组织中几乎不表达的proGhPER21启动子，并通过分子设计将其与GhRLF1基因耦合，培育出新型棉花种质。田间试验表明，该种质在70%脱叶剂用量下，脱叶效率仍优于100%脱叶剂处理下的野生型，且棉铃数量、皮棉产量均未受影响，成功破解“脱叶与增产难以兼得”的产业难题，实现“叶净铃丰”。

专家指出，此项研究首次从单细胞层面解析棉花化学脱叶的分子机制，实现了三项创新。在理论层面，揭示了细胞分裂素代谢调控叶片脱落的新通路，补充了以“乙烯-生长素”主导的理论框架；在技术层面，筛选出叶柄脱落区特异性响应的proGhPER21启动子，为作物性状精准调控提供通用工具；在应用层面，培育出“少用药、高脱叶、稳产量”的棉花新种质，推动化学脱叶从“经验施药”迈向“智能调控”。

《中国科学报》注意到，目前，研究团队正在进一步优化proGhPER21启动子的响应效率，并积极探索其他重要调控新机制，力求实现脱叶剂的精准施用。

相关论文链接：http://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(25)00107-8