植物根系伸长是植物生长发育的基本过程，直接影响养分吸收、水分摄取和在土壤中的固定。对于农作物而言，在恶劣环境条件下优化根系结构对于提高产量和品质至关重要（Lynch, 1995; Li et al., 2016）。强健的根系使植物能够深入土壤层，获取稀缺资源，并抵御干旱、盐碱和土壤压实等非生物胁迫（Hodge et al., 2009; Glyn Bengough et al., 2011）。根系伸长受遗传、激素和环境因素的复杂相互作用调控。例如，在盐碱土壤或机械压实环境中，由于渗透胁迫、离子毒性或物理障碍，根系生长常常受到抑制，因此需要适应性机制来维持伸长（Colmer et al., 2006）。同样，植物激素如生长素、独脚金内酯、赤霉素和脱落酸（ABA）通过调节细胞分裂、伸长和分化来调控根系发育（Vanstraelen and Benková, 2012; Kapulnik and Koltai, 2014）。分子遗传学的最新进展揭示了一组精细调控根系伸长的基因和途径，为作物改良提供了潜在靶点。
根系伸长的遗传调控涉及多种机制，从细胞骨架动态到细胞壁重塑。例如，在拟南芥中，转录因子HDG11通过上调膨胀蛋白和纤维素酶等细胞壁松弛蛋白来促进根系伸长（Xu et al., 2014）。类似地，Fasciclin样阿拉伯半乳聚糖蛋白18（FLA18）与纤维素合成酶（CESA1、CESA3、CESA6）相互作用，调控根系伸长过程中的初生细胞壁沉积，强调了细胞壁完整性的重要性（Ashagre et al., 2021）。
环境胁迫通过改变细胞过程显著影响根系伸长。例如，在拟南芥根细胞中，渗透胁迫会破坏微管方向，导致细胞骨架不稳定，从而阻碍伸长（Shoji et al., 2009）。相反，过氧化物酶如AtPrx33和AtPrx34通过介导活性氧（ROS）驱动的细胞壁松弛来促进细胞伸长，将氧化还原平衡与生长联系起来（Passardi et al., 2006）。这些发现强调了环境和分子因素在塑造根系结构中的双重作用。
尽管取得了这些进展，但关于棉花根系伸长的研究仍然有限。作为全球重要的纤维作物，棉花面临土壤盐碱、干旱和养分缺乏等挑战，这些因素限制了根系发育并降低了产量（Feng et al., 2017）。以往的棉花研究主要集中在侧根增殖和养分吸收上，而对主根伸长这一影响幼苗早期活力的关键过程了解甚少（Zhu et al., 2022）。最近的研究表明微管相关蛋白在根系发育中起作用，其中α-tubulins（如GhTUA2）可能是细胞骨架动态和细胞壁生物合成的潜在调节因子（Radchuk, 2008）。然而，这些基因在棉花中的功能特性，尤其是其阶段性作用及其与胁迫响应途径的相互作用，尚未得到充分研究。
本研究探讨了棉花主根伸长的分子基础，重点关注微管相关基因GhTUA2。通过转录组和转基因技术，我们证明了GhTUA2通过细胞壁生物合成和胁迫响应途径调控根系伸长。此外，我们还研究了tubulin家族基因在棉花中的进化保守性及其在多倍体化过程中的功能分化（Chen et al., 2021）。GhTUA2不仅能在棉花早期发育阶段增强主根伸长，还能调节成熟幼苗的侧根形成和胁迫适应。这些发现加深了我们对棉花根系发育的理解，并为培育具有改良根系、增强抗逆性和资源利用效率的品种提供了遗传学基础。
