中國農業科學院棉花研究所（以下簡稱中棉所）馬雄風研究員團隊成功構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性遺傳基礎。相關研究成果17日在線發表在國際學術期刊《自然·遺傳學》上。
棉花是重要的經濟作物和紡織工業原料。以新疆為主的西北內陸棉區是我國最大產棉區，但是該地區的部分棉區，熱量條件差、無霜期短，迫切需要既高產、優質又早熟的棉花品種，而早熟性、品質、產量等性狀通常相互拮抗，協同提升難度很大，制約新疆等地的棉花生產。
為此，馬雄風帶領研究團隊創新棉花早熟育種策略，育成早熟、優質、高衣分、高產新品種中棉113，實現了多個性狀的協同改良。該品種連續3年成為農業農村部主推品種，從2022年起，推廣面積持續居全國常規棉主要品種第三位。
D08染色體著絲粒演化動態圖。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、端粒和核仁組織區等復雜重復區域的解析不足，制約了對目標農業性狀的精準遺傳解析。
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在世代間準確傳遞過程中發揮了重要作用。據介紹，該研究運用PacBio HiFi測序、ONT超長讀長測序、Hi-C（染色質構象捕捉）和Bionano（全基因組光學圖譜）等先進技術，成功組裝了中棉113的端粒到端粒基因組圖譜，連續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。對中棉113全部26條染色體著絲粒的準確定位和序列分析發現，區別于其他典型陸地棉著絲粒的反轉錄轉座子構成，D08染色體著絲粒（D08CEN）呈現獨特特征，出現串聯重復序列；相對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發生了特異性的著絲粒位移和構成序列替換，這一發現為棉花著絲粒功能及其演化機制研究提供了獨特視角。
該研究的另一個創新發現是，鑒定出D03染色體上的一個與開花時間相關的特定單倍型，證實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。研究結果為陸地棉短季適應機制提供了新見解。
據悉，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農業科學院農業基因組研究所、鄭州大學、中國農業科學院西部農業研究中心、南通大學、甘肅農業大學等。
