二倍體棉花-亞洲棉(A組)基因組圖譜繪制完成

    近日，由中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所主導的二倍體棉花-亞洲棉（Gossypium arboreum）全基因組測序及圖譜繪制完成。相關(guān)研究論文已于5月18月在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然-遺傳學（Nature Genetics）》上發(fā)表。這是我國繼二倍體陸地棉（D組）雷蒙德氏棉基因組圖譜繪制完成后，在棉花基因組學研究領(lǐng)域取得的又一項突破性成果。     據(jù)介紹，棉花所于2007年12月聯(lián)合美國農(nóng)業(yè)部南方平原農(nóng)業(yè)研究中心等優(yōu)勢單位，率先在國際牽頭啟動了棉花基因組計劃（Cotton Genome Project，CGP）。2012年8月完成了二倍體雷蒙德氏棉（D基因組）全基因組圖譜的繪制，2014年4月，完成了二倍體亞洲棉（A基因組）全基因組測序工作，兩個供體種測序的完成為四倍體棉花基因組的測序組裝及進化功能分析奠定了重要基礎(chǔ)。

    在本研究中，科研人員對高純系的亞洲棉品種-石系亞1號進行了全基因組測序，繪制出的亞洲棉基因組約為1,694Mb，利用高分辨率的遺傳圖譜，將90.4%的亞洲棉序列定位到13條染色體上。注釋結(jié)果顯示，亞洲棉含有41330個編碼基因，68.5%的基因組序列是由重復序列組成的，其中95.12%為長末端重復序列（LTR）。進化分析顯示，亞洲棉和雷蒙德氏棉在距今約5百萬年前由同一祖先分化而來，二者的基因組在染色體水平上保留了高度的共線性，其基因數(shù)目和序列也極為相近。研究還發(fā)現(xiàn)，相對于雷蒙德氏棉來說，亞洲棉基因組進化過程中發(fā)生了更大規(guī)模的反轉(zhuǎn)座子插入，這也是其基因組膨脹超過雷蒙德氏棉基因組（近2倍）的主要原因。上述研究結(jié)果將對人類認識棉花基因組的復雜性和棉屬種間遺傳多樣性的產(chǎn)生深遠影響。

    此外，黃萎病是危害棉花生產(chǎn)的主要病害?？共』蚣易宸治鼋Y(jié)果顯示，相對于近緣種可可，抗病相關(guān)基因在雷蒙德氏棉基因組中發(fā)生了顯著擴張，而在亞洲棉中卻未發(fā)生明顯變化，這可能是兩個棉種黃萎病抗性存在巨大差異的重要原因，而雷蒙德氏棉中抗病基因的擴增主要是通過串聯(lián)重復產(chǎn)生的。該發(fā)現(xiàn)為抗黃萎病的分子機制研究及抗病性分子育種提供了重要的遺傳信息。

    乙烯在促進纖維伸長方面具有重要作用。分析發(fā)現(xiàn)，雷蒙德氏棉和亞洲棉在纖維發(fā)育上的巨大差別可能主要緣于乙烯生物合成關(guān)鍵基因啟動子序列的差異。雷蒙德氏棉中乙烯的過量合成和亞洲棉中乙烯合成不足都會抑制棉花纖維的正常發(fā)育。

    二倍體棉花-亞洲棉（A組）基因組圖譜繪制完成，對于提升我國棉花科研水平，促進高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等重要性狀形成的分子機制解析和棉花新品種的分子育種選育具有重要意義。同時也為闡明棉花的起源、進化、揭示四倍體棉種及其他多倍體物種形成過程奠定了堅實的基礎(chǔ)。

    該研究是棉花所與深圳華大基因研究院、北京大學、河北農(nóng)業(yè)大學、美國農(nóng)業(yè)部南方平原研究中心等單位合作完成的。