华中农大院士团队在Nature Genetics发表棉花基因组研究新成果
2024年10月29日，华中农业大学院士合作团队在国际顶级期刊《Nature Genetics》在线发表了重要研究论文，标题为“Convergence and divergence of diploid and tetraploid cotton genomes”。该研究通过构建二倍体亚洲棉和四倍体陆地棉的图形泛基因组，深入解析了不同棉种纤维品质形成的遗传调控共性和分歧模块。这一成果不仅为棉花生物育种提供了新的优良遗传资源，同时为纤维品质改良指明了研究方向，具有重要的理论和实践意义。
研究背景显示，作为全球最大的棉花生产和消费国，我国每年棉花年产量约600万吨，但仍需进口约200万吨优质棉花，体现出优质棉花的短缺问题。现如今，国内主要栽培种为四倍体陆地棉，其遗传来源相对单一，亟需提升其遗传多样性。早在20世纪之前，我国便广泛种植二倍体亚洲棉，其驯化历史可追溯至印度次大陆。因此，对二倍体亚洲棉与四倍体陆地棉的比较研究，能够挖掘出更多优良基因，提高棉纤维品质。
在研究方法方面，团队通过基于进化树和表型变异，从记录的216份亚洲棉材料中筛选出15份进行了PacBio测序，同时从3606份陆地棉材料中选择了23份半野生种和37个栽培种品种进行全基因组的三代测序。这项研究构建了覆盖高质量的基因组数据，为后续基因组分析提供了基础。研究发现，阔叶棉（Ghlatifolium）为陆地棉栽培种最接近的半野生种，表明二者在基因组结构上的密切联系，进一步因此描绘出从半野生种系向栽培种的基因组结构变迁图谱。
研究结果颇具启发性，该团队首次提出了二倍体与四倍体图形泛基因组的比较方法，识别了包含1150Mb同线区和520Mb高分歧区的序列。在这其中，高分歧区显示出更高的存在/缺失变异（PAV）多样性，并且LTR转座子的比例远高于同线区。同时，虽然大部分控制纤维品质的遗传位点在两种棉花中是独立存在的，但一些保守的遗传位点仍然显示出共存的趋势，特别是在相关的QTL分析中，亚洲棉与陆地棉共享了若干个显著的PAV-QTL。
值得一提的是，这项研究不仅促进了对棉花遗传资源的理解，也为在其他植物中进行泛基因组比较和性状形成的遗传机制研究提供了重要参考。通过进一步的分析，研究团队表明亲源基因间的相互作用显著影响了基因表达调控，从而推动了植物育种的持续进步。
总的来说，该研究不仅揭示了棉花不同倍性物种的重要性状背后的遗传机制，还为未来精细化育种策略奠定了基础。现代农业对遗传多样性的需求日益增强，这项研究的成果将为棉花优质品种的选育提供重要支持，加快我国棉花产业的可持续发展，为全球棉花产业的科技进步贡献力量。
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