3日，記者從中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所獲悉，該所研究員李付廣、楊召恩團隊繪制了陸地棉進化路線圖，揭示了染色體大片段變異調(diào)控種群遺傳多樣性、環(huán)境適應性的遺傳機制，破解了纖維品質(zhì)性狀形成的遺傳架構，開辟了棉花優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制的新路徑。相關成果發(fā)表在國際學術期刊《自然·遺傳學》上。
種質(zhì)是指將遺傳信息傳遞給后代的遺傳物質(zhì)或材料。當前，區(qū)域化集中種植帶來了棉花品種遺傳多樣性銳減、同質(zhì)化明顯等挑戰(zhàn)。探尋陸地棉進化的分子軌跡、發(fā)掘棉花種質(zhì)中尚未被育種利用的優(yōu)異基因、創(chuàng)制新種質(zhì)是破解上述難題的重要途徑。
研究團隊利用107份陸地棉代表性種質(zhì)，構建了超級泛基因組，即包含陸地棉野生種和栽培種基因組信息的總和；首次發(fā)現(xiàn)陸地棉種內(nèi)A03-A09存在的染色體易位事件，顯著影響了其種群分化和區(qū)域適應性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在栽培陸地棉形成之前，野生陸地棉、半野生陸地棉曾經(jīng)歷三個階段的結構變異，以這些結構變異為標記可將陸地棉細分為32種單倍型，但現(xiàn)代栽培種僅源于其中一個單倍型，遺傳基礎狹窄。
該研究揭示了陸地棉泛基因組中廣泛存在與抗病密切相關的結構變異。其中，通過對抗病免疫受體編碼基因NLR家族的分析，鑒定出了抗黃萎病新位點，揭示了NLR基因家族演化規(guī)律。同時，標記鑒定出了69個與纖維品質(zhì)相關的位點，其中62個為以前未檢測到的新位點，還發(fā)現(xiàn)了調(diào)控纖維強度與種子大小的多效基因等。
該研究還系統(tǒng)繪制了陸地棉中127個大尺度倒位的全基因組分布圖譜，揭示其在抗蟲性與纖維色澤等重要性狀中的關鍵作用。比如在A06染色體上，一個3.9Mb的倒位顯著提升葉片表皮毛密度，并與抗蟲性相關；在A07染色體，Lc1位點所決定的棕色纖維表型由兩種不同的倒位單倍型控制。上述功能倒位均與區(qū)域內(nèi)數(shù)百個基因緊密連鎖，因此，在選擇高抗蟲性或理想纖維色澤時，可能會在無意中引入大量非目標性狀的基因，即“連鎖累贅”。這一發(fā)現(xiàn)揭示了傳統(tǒng)育種中性狀改良所面臨的潛在代價，提出了“打破不利連鎖、實現(xiàn)精準編輯”的新育種策略。
對此，中國工程院院士、華中農(nóng)業(yè)大學教授張獻龍表示，李付廣、楊召恩團隊從3600多份種質(zhì)中篩選出107份代表性材料，構建了全球規(guī)模最大、遺傳多樣性最廣泛的陸地棉圖形泛基因組圖譜，首次揭示核糖體DNA（rDNA）在群體中的演化規(guī)律，為厘清陸地棉遺傳多樣性和表型變異提供了新的科學依據(jù)。該研究還重構了陸地棉在美洲的起源與擴散規(guī)律，發(fā)現(xiàn)大尺度結構變異是其環(huán)境適應性分化的核心驅(qū)動力；繪制了首個陸地棉全基因組倒位全景圖譜，為高效分子設計育種提供了理論基礎、精準靶點和設計工具。（李禾）
（責任編輯：蔡文斌）
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