Toxic ions begin to accumulate in tissues of salt-stressed plants after the initial osmotic shock. In glycophytes, the ability to mobilize or sequester excess ions define tolerance mechanisms. Mobilization and sequestration of excess Na+ involves three transport mechanisms facilitated by the plasma membrane H+/Na+ antiporter (SOS1), vacuolar H+/Na+ antiporter (NHX1), and Na+/K+ transporter in vascular tissues (HKT1). While the cultivated Gossypium hirsutum (upland cotton) is significantly more tolerant to salinity relative to other crops, the critical factors contributing to the observed variation for tolerance potential across the germplasm has not been fully scrutinized. In this study, the spatio-temporal patterns of Na+ accumulation at different severities of salt stress were investigated across a minimal comparative panel representing the spectrum of genetic diversity across the improved cotton germplasm. The goal was to define the importance of integrative or network effects relative to the direct effects of Na+ homeostasis mechanisms mediated by GhHKT1, GhSOS1, and GhNHX1. Multi-dimensional physio-morphometric attributes were investigated in univariate and multivariate statistical contexts, as well as the relationship between variables using structural equation modeling. Results showed that mobilized or sequestered Na+ may contribute to the baseline salinity tolerance, but the observed variance in overall tolerance potential across a meaningful subset of the germplasm were more significantly associated to antioxidant capacity, maintenance of stomatal conductance, chlorophyll content, and divalent cations, and other physiological interactions occurring through complex networks.

Landraces are an important reservoir of genetic variation that can expand the narrow genetic base of cultivated cotton. In this study, quantitative trait loci (QTL) analysis was conducted using an F2 population developed from crosses between the landrace Hopi and inbred TM-1. A high-density genetic map spanning 2253.11 and 1932.21 cM for the A and D sub-genomes, respectively, with an average marker interval of 1.14 cM, was generated using the CottonSNP63K array. The linkage map showed a strong co-linearity with the physical map of cotton. A total of 21 QTLs were identified, controlling plant height (1), bract type (1), boll number (1), stem color (2), boll pitting (2), fuzz fiber development (2), boll shape (3), boll point (4), and boll glanding (5). In silico analysis of the novel QTLs for boll glanding identified a total of 13 candidate genes. Analysis of tissue-specific expression of the candidate genes suggests roles for the transcription factors bHLH1, MYB2, and ZF1 in gland formation. Comparative sequencing of open reading frames identified early stop codons in all three transcription factors in Hopi. Functional validation of these genes offers avenues to reduce glanding and, consequently, lower gossypol levels in cottonseeds without compromising the defense mechanisms of the plant against biotic stresses.