中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所（以下簡(jiǎn)稱中棉所）馬雄風(fēng)研究員團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了陸地棉主栽品種“中棉113”的端粒到端?；蚪M圖譜，并利用該基因組揭示了陸地棉著絲粒演化和短季適應(yīng)性遺傳基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果17日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》上。
棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物和紡織工業(yè)原料。以新疆為主的西北內(nèi)陸棉區(qū)是我國(guó)最大產(chǎn)棉區(qū)，但是該地區(qū)的部分棉區(qū)，熱量條件差、無(wú)霜期短，迫切需要既高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)又早熟的棉花品種，而早熟性、品質(zhì)、產(chǎn)量等性狀通常相互拮抗，協(xié)同提升難度很大，制約新疆等地的棉花生產(chǎn)。
為此，馬雄風(fēng)帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新棉花早熟育種策略，育成早熟、優(yōu)質(zhì)、高衣分、高產(chǎn)新品種中棉113，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)性狀的協(xié)同改良。該品種連續(xù)3年成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推品種，從2022年起，推廣面積持續(xù)居全國(guó)常規(guī)棉主要品種第三位。
D08染色體著絲粒演化動(dòng)態(tài)圖。中棉所供圖
盡管陸地棉參考基因組已被多次組裝，但生產(chǎn)品種的基因組組裝中仍存在大量缺口，尤其是著絲粒、端粒和核仁組織區(qū)等復(fù)雜重復(fù)區(qū)域的解析不足，制約了對(duì)目標(biāo)農(nóng)業(yè)性狀的精準(zhǔn)遺傳解析。
著絲粒是真核生物染色體中重要的組成元件，在確保染色體正常分離及遺傳物質(zhì)在世代間準(zhǔn)確傳遞過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。據(jù)介紹，該研究運(yùn)用PacBio HiFi測(cè)序、ONT超長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序、Hi-C（染色質(zhì)構(gòu)象捕捉）和Bionano（全基因組光學(xué)圖譜）等先進(jìn)技術(shù)，成功組裝了中棉113的端粒到端粒基因組圖譜，連續(xù)性和完整性得到顯著提升，為陸地棉基因組研究提供了更精確的參考。對(duì)中棉113全部26條染色體著絲粒的準(zhǔn)確定位和序列分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)別于其他典型陸地棉著絲粒的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子構(gòu)成，D08染色體著絲粒（D08CEN）呈現(xiàn)獨(dú)特特征，出現(xiàn)串聯(lián)重復(fù)序列；相對(duì)于其他異源四倍體棉種及二倍體祖先種中的D08染色體著絲粒，中棉113發(fā)生了特異性的著絲粒位移和構(gòu)成序列替換，這一發(fā)現(xiàn)為棉花著絲粒功能及其演化機(jī)制研究提供了獨(dú)特視角。
該研究的另一個(gè)創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)是，鑒定出D03染色體上的一個(gè)與開(kāi)花時(shí)間相關(guān)的特定單倍型，證實(shí)其是在早期馴化過(guò)程中，通過(guò)跨著絲粒的倒位變異固定下來(lái)，并與陸地棉早熟性密切相關(guān)。研究結(jié)果為陸地棉短季適應(yīng)機(jī)制提供了新見(jiàn)解。
據(jù)悉，中棉所是該研究的第一單位和通訊單位，共同參加單位包括中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所、鄭州大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心、南通大學(xué)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)等。
