陸地棉4-香豆酸輔酶A連接酶基因Gh4CL30的功能分析

摘 要：【目的】研究4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）家族基因Gh4CL30的生物學(xué)功能，為棉花株型育種提供理論依據(jù)和基因種質(zhì)資源。

【方法】利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)和基因編輯技術(shù)獲得Gh4CL30沉默和編輯植株，測定該基因抑制及敲除植株的黃酮和木質(zhì)素含量，調(diào)查棉花田間表型性狀、種子大小和纖維品質(zhì)。

【結(jié)果】Gh4CL30基因沉默和敲除植株中木質(zhì)素合成相關(guān)基因表達(dá)量顯著下降，4-香豆酸輔酶A連接酶含量顯著減少，莖稈中木質(zhì)素含量顯著降低，其株高、種子大小和纖維長度顯著降低。

【結(jié)論】Gh4CL30通過調(diào)控棉花木質(zhì)素生物合成功能影響其生長發(fā)育。

關(guān)鍵詞：陸地棉；4-香豆酸輔酶A連接酶；木質(zhì)素；基因編輯；株高

中圖分類號：S188"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"" 文章編號：1001-4330（2024）06-1301-09

0 引 言

【研究意義】株高影響棉花的結(jié)鈴數(shù)和纖維品質(zhì)，適當(dāng)?shù)闹旮邔γ藁C(jī)械化采摘尤為重要，因此塑造理想的棉花株型，有利于機(jī)采棉高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。目前對棉花株高的研究主要集中于外施激素［1-3］，其分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍有待進(jìn)一步探索，挖掘調(diào)控株高的關(guān)鍵基因，對培育理想株型的棉花品種具有重要意義。

【前人研究進(jìn)展】苯丙烷代謝途徑是一種植物特異性代謝途徑，可將芳香族氨基酸苯丙氨酸或酪氨酸轉(zhuǎn)化為多種次級代謝產(chǎn)物，包括木質(zhì)素、香豆素和類黃酮等［4，5］，在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、響應(yīng)脅迫等方面發(fā)揮重要作用［6-8］。綠豆中抑制苯丙烷途徑中關(guān)鍵酶的合成會導(dǎo)致綠豆幼苗的木質(zhì)素含量下降，木質(zhì)部導(dǎo)管塌陷，生長受阻［9，10］。作為苯丙烷途徑中最后一個關(guān)鍵的限速酶，4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）介導(dǎo)羥基肉桂酸的激活，在木質(zhì)素生物合成途徑中起著關(guān)鍵作用［11］。楊樹幼苗中4CL基因的表達(dá)，導(dǎo)致其木質(zhì)素含量下降，而且莖高、節(jié)間長度、直徑和體積均顯著降低［12］。在煙草中過表達(dá)水曲柳Fm4CL基因，其木質(zhì)素含量顯著增加，木質(zhì)部細(xì)胞壁的厚度明顯提高［13］。4CL基因家族已在擬南芥［14］、水稻［15］和白楊［16］等植物中被鑒定，根據(jù)基因結(jié)構(gòu)和功能的差異被分為I型和II型［17］。I型4CL基因主要參與木質(zhì)素生物合成，而II型基因則主要參與除了木質(zhì)素以外的苯丙烷類代謝產(chǎn)物的生物合成。在擬南芥中，At4CL1、At4CL2和At4CL4屬于I型，At4CL3屬于II型［17］。丹參中I型的Sm4CL1和Sm4CL2主要參與木質(zhì)素生物合成，II型的Sm4CL3參與類黃酮生物合成［18］。在棉花中4CLs的研究主要集中于耐旱性和抗病性，Gh4CL7沉默顯著降低棉花耐旱性，在擬南芥中過表達(dá)能顯著提高其耐旱性［19］。

【本研究切入點】4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）在木質(zhì)素生物合成途徑中起著關(guān)鍵作用［11］。但4CLs在調(diào)控棉花株高中的功能尚不清楚。目前已在陸地棉中鑒定出34個Gh4CL基因［19］，試驗研究獲得I型4CL基因Gh4CL30（GH_D10G0525），需分析其基因表達(dá)模式，構(gòu)建該基因的VIGS沉默和基因敲除載體，通過侵染棉花幼苗和遺傳轉(zhuǎn)化，獲得基因沉默和敲除突變體植株，分析其在調(diào)控棉花木質(zhì)素合成以及影響株高中的功能。【擬解決的關(guān)鍵問題】利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)和基因編輯技術(shù)獲得Gh4CL30沉默和編輯植株，解析Gh4CL30基因在棉花株高發(fā)育中的作用，為棉花株型育種提供理論依據(jù)和基因資源。

1 材料與方法

1.1 材 料

陸地棉（Gossypium hirsutum L.）品種新彩棉7號由石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院棉花遺傳育種課題組提供。棉花種植于人工氣候室，設(shè)定培養(yǎng)條件：溫度28℃/23℃（光照/黑暗），濕度為60%，光周期16 h光照/8 h黑暗。田間試驗在石河子大學(xué)棉花研究所試驗地進(jìn)行。

1.2 方 法

1.2.1 Ⅰ型Gh4CL家族基因表達(dá)模式

陸地棉的注釋蛋白序列［20］從CottonGen（https：//www.cottongen.org/）下載。陸地棉中Gh4CL基因各組織部位的表達(dá)量數(shù)據(jù)從COTTONOMICS（http：//cotton.zju.edu.cn/index.htm）下載。Gh4CL基因分類和命名參考文獻(xiàn)［19］。TBtools［21］的HeatMap函數(shù)用于分析基因表達(dá)數(shù)據(jù)。

1.2.2 基于病毒誘導(dǎo)基因沉默（VIGS）載體構(gòu)建及棉花侵染

煙草花葉病毒（TRV）載體用于VIGS試驗。TRV：GhCHLI作為陽性對照。TRV空載體（TRV：00）作為陰性對照。利用PCR擴(kuò)增技術(shù)，以陸地棉的莖稈cDNA為模板，擴(kuò)增出Gh4CL30基因約400bp的目的片段，用于構(gòu)建TRV：Gh4CL30載體。VIGS試驗方案參考文獻(xiàn)［22］。當(dāng)TRV：GhCHLI侵染的棉花葉片出現(xiàn)白化現(xiàn)象時，從棉花莖中提取RNA以測定目的基因沉默效率。

1.2.3 基于CRISPR/Cas9基因編輯載體構(gòu)建與棉花轉(zhuǎn)化

運(yùn)用CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，載體為pRGEB32-GhU6.9-NPT II（實驗室保存）。在Gh4CL30編碼區(qū)設(shè)計2個靶向sgRNA，通過重疊延伸PCR將其整合到單個融合片段中。使用ClonExpress II一步克隆試劑盒（Vazyme，中國南京）將融合片段連接到Bsa I酶切的pRGEB32-GhU6.9-NPT II載體中。將構(gòu)建的載體pCRISPR-Gh4CL30通過電擊轉(zhuǎn)化到根癌農(nóng)桿菌LBA4404菌株中，用于棉花轉(zhuǎn)化。以新彩棉7號作為Gh4CL30基因編輯的轉(zhuǎn)化受體，將棉種剝殼后用1‰升汞消毒清洗放置在MS培養(yǎng)基上，在28℃暗環(huán)境下培養(yǎng)6 d形成無菌幼苗，取幼苗的下胚軸切成1 cm左右小段，菌液（OD值在0.5～0.8）侵染10 min，將下胚軸小段在培養(yǎng)基中培養(yǎng)，形成胚性愈傷組織后放入分化培養(yǎng)基中，直到養(yǎng)成幼苗。PCR檢測陽性植株，通過Gh4CL30特異性靶位點測序篩選突變體。

1.2.4 棉花莖稈的細(xì)胞學(xué)觀察及黃酮和木質(zhì)素含量測定

收集野生型及轉(zhuǎn)基因棉花莖稈樣品在液氮中快速粉碎，使用木質(zhì)素含量測試盒（comin，MZS-2-G）和植物黃酮含量測試盒（mlbio-Good-elisakit）測定木質(zhì)素和類黃酮含量。從材料的相同節(jié)間截取莖段，切成薄片，并在間苯三酚溶液（5g間苯三酚溶于100 mL 95%乙醇中）中浸泡5 min，在18%鹽酸中浸泡5 min，隨后固定在載玻片上，并立即在顯微鏡（SteREO Discovery.V20；蔡司）下觀察拍照，紅色表示木質(zhì)素的存在。將樣品固定在FAA（5%福爾馬林、5%冰醋酸、70%酒精）中，制備成石蠟切片，并用蔡司Axio Scope A1顯微鏡拍攝，觀察其細(xì)胞結(jié)構(gòu)［23］。

2 結(jié)果與分析

2.1 Ⅰ型Gh4CL基因生物信息學(xué)及表達(dá)模式

研究表明，鑒定到6個Ⅰ型Gh4CL基因，分布在A05、A09、D05、D10號染色體上，其蛋白長度在129 ～ 543 aa，理論等電點（pI）介于5.28 ～ 10.39，亞細(xì)胞定位預(yù)測這些基因分別被定位在細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中。Gh4CL7和Gh4CL25在雌蕊中優(yōu)勢表達(dá)，Gh4CL12和Gh4CL30在雌蕊、根部和莖稈中表達(dá)較高，Gh4CL30基因在棉花根和莖中優(yōu)勢表達(dá)（圖1A）。Gh4CL30基因在根部和莖稈中的表達(dá)模式與公共表達(dá)譜數(shù)據(jù)結(jié)果一致（圖1B，1C）。棉花中Ⅰ型Gh4CL基因具有功能分化，Gh4CL30基因可能在棉花莖稈和根的生長中發(fā)揮關(guān)鍵作用。表1，圖1

2.2 沉默Gh4CL30基因?qū)γ藁举|(zhì)素含量及株高的影響

研究表明，沉默植株Gh4CL30基因表達(dá)量顯著降低（圖2B）。與TRV：00相比，TRV：Gh4CL30的整體株高顯著降低，降低了約15%（圖2A）。此外，TRV：Gh4CL30的前四個節(jié)間的長度顯著低于TRV：00（圖2C）。與對照相比，TRV：Gh4CL30植株莖稈中木質(zhì)素含量顯著降低約29%（圖2D），黃酮類化合物含量無顯著差異（圖2E）。Gh4CL30基因表達(dá)被抑制會使棉花木質(zhì)素生物合成顯著下降進(jìn)而導(dǎo)致植株矮化。圖2

2.3 Gh4CL30基因編輯對棉花木質(zhì)素含量及株高的影響

研究表明，針對Gh4CL30基因第一個外顯子區(qū)段設(shè)計sgRNA（圖3A）。遺傳轉(zhuǎn)化棉花并對陽性植株進(jìn)行編輯位點驗證，共得到8個具有不同編輯類型的獨(dú)立遺傳轉(zhuǎn)化株系（圖3B）。圖3

與對照WT相比，4CL30基因編輯植株中Gh4CL30轉(zhuǎn)錄本顯著降低（圖4D），4CL酶含量顯著下降（圖4C），Gh4CL30基因被敲除。與對照WT相比，4CL30基因編輯植株株高降低了約20%，達(dá)到顯著水平。圖3～4

4CL30莖稈中的木質(zhì)素含量顯著低于對照WT（圖5B）。4CL30編輯植株莖稈的著色程度明顯低于對照WT（圖5A），與木質(zhì)素含量測定結(jié)果一致。和對照WT相比，木質(zhì)素生物合成相關(guān)基因在4CL30編輯植株的莖稈和根部中的表達(dá)顯著降低（圖5C），4CL30基因編輯后降低了棉花莖稈中木質(zhì)素的生物合成。圖5

取對照WT和4CL30相同節(jié)間的莖稈，進(jìn)行縱向和橫向切片觀察，在縱向切片中，與對照WT相比，4CL30編輯植株的皮層細(xì)胞明顯較短（圖6A，6B），在橫向切片中，4CL30的皮層細(xì)胞顯著變?。▓D6A，6C）。Gh4CL30基因敲除導(dǎo)致棉花莖稈的木質(zhì)素含量顯著降低，引起皮層細(xì)胞發(fā)育減弱，細(xì)胞長度和大小明顯小于野生型，從而表現(xiàn)出植株矮化。圖6

2.4 Gh4CL30基因敲除導(dǎo)致棉花纖維品質(zhì)降低

研究表明，4CL30纖維長度顯著低于對照WT（圖7A，7C）。衣分無顯著差異（圖7D），子指顯著降低（圖7E）。除此之外，4CL30敲除植株的棉鈴和種子體積變?。▓D7A，7B）。Gh4CL30基因被敲除后，降低了棉花木質(zhì)素生物合成，進(jìn)而影響了纖維品質(zhì)。圖7

3 討 論

3.1

木質(zhì)素對棉花纖維品質(zhì)的形成起著關(guān)鍵作用［24］。

挖掘棉花株高關(guān)鍵調(diào)控基因，通過分子手段控制棉花株高，選育出株高適當(dāng)、株型理想的品種，是棉花育種的一項重要目標(biāo)［25］。植物株高發(fā)育調(diào)控是一個復(fù)雜的進(jìn)程。研究表明，木質(zhì)素含量變化，能夠影響植物株高［26］。

3.2

苯丙烷途徑為木質(zhì)素生物合成提供前體物質(zhì)，4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）作為苯丙烷途徑最后的關(guān)鍵酶，對木質(zhì)素生物合成至關(guān)重要［11］。研究中分析了陸地棉中的Ⅰ型Gh4CL基因，共鑒定得到6個Ⅰ型Gh4CL基因，利用公共表達(dá)譜數(shù)據(jù)和熒光定量分析了這些基因在棉花中不同組織中的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)Gh4CL30在棉花的根和莖中優(yōu)勢表達(dá)。在植物莖的木質(zhì)部中顯著優(yōu)勢表達(dá)的4CL基因通常屬于Ⅰ型4CL，主要參與木質(zhì)素的生物合成。白楊中，Ⅰ型4CL基因Pt4CL1和Pt4CL2主要在木質(zhì)部優(yōu)勢表達(dá)并參與木質(zhì)素的生物合成［23-29］。因此，Gh4CL30基因可能調(diào)控陸地棉莖稈中木質(zhì)素的生物合成。試驗研究在棉花中沉默Gh4CL30基因?qū)е旅藁举|(zhì)素含量顯著降低，并且導(dǎo)致植株矮化，有研究表明，在楊樹中下調(diào)4CL基因的表達(dá)會使木質(zhì)素含量降低，引起莖稈矮化以及莖稈強(qiáng)度降低［12］。Gh4CL30基因可能通過調(diào)控棉花莖稈中木質(zhì)素生物合成從而調(diào)控株高。

3.3

植物細(xì)胞壁的生長需要木質(zhì)素提供機(jī)械支撐，并在整個生命周期中負(fù)責(zé)運(yùn)輸水分和營養(yǎng)物質(zhì)，是陸生植物能夠長高的必要條件［6］。此外，植物細(xì)胞擴(kuò)增需要細(xì)胞壁的連續(xù)沉積和修飾［30］。Gh4CL30基因敲除植株（4CL30）株高顯著降低，莖稈中木質(zhì)素含量減少。4CL30莖稈皮層細(xì)胞的長度和大小顯著小于對照WT。有過表達(dá)Fm4CL的轉(zhuǎn)基因煙草中，和野生型相比，轉(zhuǎn)基因品系的木質(zhì)部細(xì)胞層增加40%，木質(zhì)部細(xì)胞壁增加21.6%［12］，4CL基因在木質(zhì)部細(xì)胞生長發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。Gh4CL30基因可能通過影響皮層細(xì)胞的細(xì)胞壁生成、細(xì)胞長度和大小，從而調(diào)控株高。

3.4

木質(zhì)素作為填充棉花纖維素骨架的主要物質(zhì)，對棉花纖維品質(zhì)的形成起著關(guān)鍵的作用［24］。在次生壁增厚期，與木質(zhì)素合成相關(guān)的酶家族基因發(fā)揮重要作用［31］。Gh4CL30基因被敲除后纖維品質(zhì)下降，棉桃和種子大小顯著降低，Gh4CL30可能通過調(diào)控木質(zhì)素合成影響纖維品質(zhì)和產(chǎn)量，但相關(guān)調(diào)控機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

陸地棉Ⅰ型Gh4CL基因中的Gh4CL30基因沉默和敲除均導(dǎo)致棉花植株木質(zhì)素生物合成顯著降低，引起植株矮化，基因敲除還會導(dǎo)致纖維長度下降。Gh4CL30是調(diào)節(jié)陸地棉木質(zhì)素生物合成的關(guān)鍵基因，對棉花的株高起到重要調(diào)控作用。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］Sun Q， Xie Y H， Li H M， et al. Cotton GhBRC1 regulates branching， flowering， and growth by integrating multiple hormone pathways［J］. The Crop Journal， 2022， 10（1）： 75-87.

［2］ Bensen R J， Johal G S， Crane V C， et al. Cloning and characterization of the maize An1 gene［J］. The Plant Cell， 1995， 7（1）： 75-84.

［3］ Fu J Y， Ren F， Lu X， et al. A tandem array of ent-kaurene synthases in maize with roles in gibberellin and more specialized metabolism［J］. Plant Physiology， "2016， 170（2）： 742-751.

［4］ Vogt T. Phenylpropanoid biosynthesis［J］. Molecular Plant， "2010， 3（1）： 2-20.

［5］ Wang S C， Alseekh S， Fernie A R， et al. The structure and function of major plant metabolite modifications［J］. Molecular Plant， 2019， 12（7）： 899-919.

［6］ Zhao Q. Lignification： flexibility， biosynthesis and regulation［J］. Trends in Plant Science， 2016， 21（8）： 713-721.

［7］ Nakabayashi R， Saito K. Integrated metabolomics for abiotic stress responses in plants［J］. Current Opinion in Plant Biology， "2015， 24： 10-16.

［8］ Le Roy J， Huss B， Creach A， et al. Glycosylation is a major regulator of phenylpropanoid availability and biological activity in plants［J］. Frontiers in Plant Science， "2016， 7： 735.

［9］ Amrhein N， Frank G， Lemm G， et al. Inhibition of lignin formation by L-alpha-aminooxy-beta-phenylpropionic acid， an inhibitor of phenylalanine ammonia-lyase［J］. European Journal of Cell Biology， 1983， 29（2）： 139-144.

［10］ Smart C C， Amrhein N. The influence of lignification on the development of vascular tissue inVigna radiata L［J］. Protoplasma， 1985， 124（1）： 87-95.

［11］ Lavhale S G， Kalunke R M， Giri A P. Structural， functional and evolutionary diversity of 4-coumarate-CoA ligase in plants［J］. Planta， 2018， 248（5）： 1063-1078.

［12］ Voelker S L， Lachenbruch B， Meinzer F C， et al. Reduced wood stiffness and strength， and altered stem form， in young antisense 4CL transgenic poplars with reduced lignin contents［J］. The New Phytologist， 2011， 189（4）： 1096-1109.

［13］ Chen X H， Wang H T， Li X Y， et al. Molecular cloning and functional analysis of 4-Coumarate： CoA ligase 4（4CL-like 1）from Fraxinus mandshurica and its role in abiotic stress tolerance and cell wall synthesis［J］. BMC Plant Biology， "2019， 19（1）： 231.

［14］ Li Y， Kim J I， Pysh L， et al. Four isoforms of Arabidopsis 4-coumarate： CoA ligase have overlapping yet distinct roles in phenylpropanoid metabolism［J］. Plant Physiology， "2015， 169（4）： 2409-2421.

［15］ Gui J S， Shen J H， Li L G. Functional characterization of evolutionarily divergent 4-coumarate： coenzyme a ligases in rice［J］. Plant Physiology， 2011， 157（2）： 574-586.

［16］ Shi R， Sun Y H， Li Q Z， et al. Towards a systems approach for lignin biosynthesis in Populus trichocarpa： transcript abundance and specificity of the monolignol biosynthetic genes［J］. Plant amp; Cell Physiology， "2010， 51（1）： 144-163.

［17］ Ehlting J， Büttner D， Wang Q， et al. Three 4-coumarate： coenzyme A ligases in Arabidopsis thaliana represent two evolutionarily divergent classes in angiosperms［J］. The Plant Journal， 1999， 19（1）： 9-20.

［18］ Wang B， Sun W， Li Q S， et al. Genome-wide identification of phenolic acid biosynthetic genes in Salvia miltiorrhiza［J］. Planta， "2015， 241（3）： 711-725.

［19］ Sun S C， Xiong X P， Zhang X L， et al. Characterization of the Gh4CL gene family reveals a role of Gh4CL7 in drought tolerance［J］. BMC Plant Biology， 2020， 20（1）： 125.

［20］ Zhang T Z， Hu Y， Jiang W K， et al. Sequencing of allotetraploid cotton （Gossypium hirsutum L. acc. TM-1） provides a resource for fiber improvement［J］. Nature Biotechnology， 2015， 33（5）： 531-537.

［21］ Chen C J， Chen H， Zhang Y， et al. TBtools： an integrative toolkit developed for interactive analyses of big biological data［J］. Molecular Plant， 2020， 13（8）： 1194-1202.

［22］ Gao W， Long L， Zhu L F， et al. Proteomic and virus-induced gene silencing （VIGS） Analyses reveal that gossypol， brassinosteroids， and jasmonic acid contribute to the resistance of cotton to Verticillium dahliae［J］. Molecular amp; Cellular Proteomics， 2013， 12（12）： 3690-3703.

［23］ Cheng X Q， Zhang X Y， Xue F， et al. Characterization and transcriptome analysis of a dominant genic male sterile cotton mutant［J］. BMC Plant Biology， 2020， 20（1）： 312.

［24］ Fan L， Shi W J， Hu W R， et al. Molecular and biochemical evidence for phenylpropanoid synthesis and presence of wall-linked phenolics in cotton fibers［J］. Journal of Integrative Plant Biology， 2009， 51（7）： 626-637.

［25］ 付遠(yuǎn)志， 薛惠云， 胡根海， 等. 我國棉花株型性狀遺傳育種研究進(jìn)展［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 47（5）： 16-19.

FU Yuanzhi， XUE Huiyun ，HU Genhai， et al. Research progress on genetics breeding of plant architecture traits of cotton in China［J］. Jiangsu Agricultural Sciences， 2019， 47（5）： 16-19.

［26］ Li X， Bonawitz N D， Weng J K， et al. The growth reduction associated with repressed lignin biosynthesis in Arabidopsis thaliana is independent of flavonoids［J］. The Plant Cell， "2010， 22（5）： 1620-1632.

［27］ Hu W J， Kawaoka A， Tsai C J， et al. Compartmentalized expression of two structurally and functionally distinct 4-coumarate： CoA ligase genes in aspen （Populus tremuloides）［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 1998， 95（9）： 5407-5412.

［28］ Sutela S， Hahl T， Tiimonen H， et al. Phenolic compounds and expression of 4CL genes in silver birch clones and Pt4CL1a lines［J］. PLoS One， "2014， 9（12）： e114434.

［29］ Allina S M， Pri-Hadash A， Theilmann D A， et al. 4-Coumarate： coenzyme A ligase in hybrid poplar. Properties of native enzymes， cDNA cloning， and analysis of recombinant enzymes［J］. Plant Physiology， "1998， 116（2）： 743-754.

［30］ Zhong R Q， Cui D T， Ye Z H. Secondary cell wall biosynthesis［J］. The New Phytologist， 2019， 221（4）： 1703-1723.

［31］ Gou J Y， Wang L J， Chen S P， et al. Gene expression and metabolite profiles of cotton fiber during cell elongation and secondary cell wall synthesis［J］. Cell Research， 2007， 17（5）： 422-434.

Functional analysis of 4-coumarate： CoA ligase gene Gh4CL30 in upland cotton

Abstract：【Objective】 To preliminarily study the biological function of 4-coumarate-CoA ligase （4CL） family gene gh4cl30， which might provide theoretical basis and genetic resources for cotton plant breeding.

【Methods】 Virus-induced gene silencing technology and gene editing technology was used to obtain gh4cl30-silenced and edited plants and determine the flavone and lignin contents of the gene suppressed and knockout plants to investigate field phenotype， seed size and fiber quality.

【Results】 "Both gene silencing and gene editing of the gene resulted in dwarfing of the plants and a significant reduction of lignin content in the plant stalks.Field phenotypic measurements showed that seed size and fiber length were significantly reduced in the gene edited plants.

【Conclusion】 "Gh4CL30 affects cotton growth and development mainly through regulating lignin biosynthesis.

Key words：Gossypium hirsutum L.; 4CL; lignin; gene editing; plant height