張?zhí)煺鎴F(tuán)隊(duì)揭示陸地棉與海島棉種間分化與長(zhǎng)絨“奢侈棉”形成遺傳機(jī)制
棉花是世界最大的纖維作物和紡織工業(yè)原料。棉紡織品具有優(yōu)越的透氣性、舒適性、保暖性，深受人們的喜愛。四倍體化后，人類馴化了陸地棉（Gossypium hirsutum L.）和海島棉（G. barbadense）。陸地棉產(chǎn)量高，纖維好，適應(yīng)性廣，產(chǎn)量占世界棉花總產(chǎn)的90%以上。長(zhǎng)、強(qiáng)、細(xì)，光滑有色澤的海島棉又稱長(zhǎng)絨棉是國(guó)際奢侈品的主要紡織材料，產(chǎn)量低，僅能在新疆、埃及、美國(guó)亞利桑那州等少數(shù)干旱地區(qū)種植，因此價(jià)格昂貴。人們一直努力想解析陸地棉和海島棉這種產(chǎn)量、品質(zhì)和適應(yīng)性差異形成的原因，并培育出綜合海陸高產(chǎn)、纖維優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)的棉花新品種，但是一直沒有成功。3月18日，《Nature Genetics》以Articles形式在線發(fā)表了農(nóng)學(xué)院張?zhí)煺娼淌跔款^的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)完成的研究論文“Gossypium barbadense?and Gossypium hirsutum?genomes provide insights into the origin and evolution of allotetraploid cotton”，報(bào)道了它們的起源和種間分化的遺傳機(jī)制，揭示了陸地棉廣適性、長(zhǎng)絨海島棉優(yōu)質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)。
本成果利用了以色列NRGene公司的 DeNovoMAGIC組裝技術(shù)，結(jié)合Bionano光學(xué)圖譜、超高密度遺傳圖譜、Hi-C等輔助技術(shù)，組裝出陸地棉遺傳標(biāo)準(zhǔn)系TM-1和我國(guó)自育的海島棉品種Hai7124染色體水平基因組，基因組完整性，尤其在重復(fù)序列富集的著絲粒區(qū)域組裝完整性有了大幅提升。海陸基因組比較分析發(fā)現(xiàn)，特異基因表達(dá)、擴(kuò)增和染色體結(jié)構(gòu)變異是海陸馴化后分化的主要原因。其中纖維發(fā)育期間，膜轉(zhuǎn)運(yùn)、糖合成、碳水化合物代謝通路等相關(guān)基因海、陸差異富集，蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、液泡轉(zhuǎn)化酶等、液泡中滲透物質(zhì)調(diào)節(jié)等調(diào)控細(xì)胞伸長(zhǎng)相關(guān)基因在海島棉纖維發(fā)育中的表達(dá)持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于陸地棉，是長(zhǎng)絨“奢侈棉”產(chǎn)生的主要原因（圖1）。此外，陸地棉中有更多的乙烯、ABA信號(hào)調(diào)控的基因被激活，調(diào)控對(duì)冷、熱等逆境響應(yīng)，這可能與陸地棉的廣適性密切相關(guān)。A01染色體陸地棉大片段序列的漸滲分析發(fā)現(xiàn)，確實(shí)存在中亞型或新疆型海島棉。
該研究是張?zhí)煺娼淌趫F(tuán)隊(duì)繼主導(dǎo)組裝出陸地棉第一代基因組，揭示多倍體物種染色體亞組非對(duì)稱性進(jìn)化(Nat Biotechnol 2015)、解析從樹棉到美棉，再到全球最大纖維作物棉花的馴化和改良遺傳基礎(chǔ)(Genome Biol 2017, Nat Genet 2017)之后，在基因組學(xué)研究領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)突破性成果。該項(xiàng)成果得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江大學(xué)優(yōu)勢(shì)學(xué)科和溢達(dá)集團(tuán)等大力支持。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、基諾信息科技（深圳）有限公司、以色列NRGene、澳大利亞紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)、美國(guó)農(nóng)業(yè)部南方研究中心、溢達(dá)集團(tuán)、巴基斯坦國(guó)家生物技術(shù)和遺傳改良研究中心、福建農(nóng)林大學(xué)、中科院上海植物生理生態(tài)研究所等國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)項(xiàng)目參與了本項(xiàng)目的研究。
圖1 海陸之間纖維差異形成的遺傳機(jī)制解析
? ? ? ? ? ? ?文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-019-0371-5
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （作物所供稿）
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