中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所馬雄風(fēng)研究員團(tuán)隊成功構(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的著絲粒演化和短季適應(yīng)性遺傳基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于3月17日在線發(fā)表在國際專業(yè)期刊《自然·遺傳學(xué)（Nature Genetics）》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)是我國最大的產(chǎn)棉區(qū)，對保障我國原棉供給和棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。但該區(qū)部分棉區(qū)熱量條件差、無霜期短，生產(chǎn)上迫切需要既高產(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，是新疆棉花生產(chǎn)的瓶頸。為此，研究團(tuán)隊創(chuàng)新棉花早熟育種策略，通過分子聚合育種技術(shù)，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，自從2022年起推廣面積持續(xù)居全國常規(guī)棉主要品種第三位，在推動新疆棉業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了積極作用。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，制約了對目標(biāo)農(nóng)業(yè)性狀的精準(zhǔn)遺傳解析。
該研究運(yùn)用PacBio HiFi、ONT超長讀長測序、Hi-C和Bionano等先進(jìn)技術(shù)，成功組裝了首個陸地棉生產(chǎn)品種的端粒到端?；蚪M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為精確的參考。對全部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，高度富集單體長度194bp的串聯(lián)重復(fù)序列；相對于其他異源四倍體棉種以及二倍體祖先種中仍保留的富集轉(zhuǎn)座子類型的祖先態(tài)D08著絲粒，陸地棉中發(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)為棉花著絲粒的功能及其演化機(jī)制研究提供了獨(dú)特視角。該研究的另一個創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)是鑒定出D03染色體上的一個與開花時間相關(guān)的特定單倍型，證實(shí)其是在早期馴化過程中通過跨著絲粒的倒位變異固定下來，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)制提供了新的見解。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金與新疆維吾爾自治區(qū)天山創(chuàng)新團(tuán)隊等項目的資助。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所為第一單位和通訊單位；共同參加單位包括中國農(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)和美國愛荷華州立大學(xué)。
