中国科学家首次解析陆地棉演化全景图谱
科技日报北京1月3日电 中国农业科学院棉花研究所3日消息，该所李付广、杨召恩研究团队成功绘制出陆地棉的进化蓝图，系统阐释了染色体大范围结构变异对棉花群体遗传多样性和环境适应性的调控机制，并解析了影响纤维品质的遗传框架，为优良棉花种质资源的培育提供了创新思路。相关研究工作已于近日发表于国际期刊《自然·遗传学》上。
种质是指能将生物遗传信息传递给下一代的遗传基础或材料。近年来，区域化的大面积集约种植使得棉花品种遗传多样性不断缩减，同质化问题日益明显。探索陆地棉的进化脉络、挖掘未被充分利用的优质基因资源、并培育新型种质，成为解决当前困境的关键方向。
在研究中，团队筛选了107份具有代表性的陆地棉种质，搭建了集合野生和栽培材料基因信息的超级泛基因组。科研人员首次揭示了陆地棉A03和A09染色体之间存在重大易位现象，这对品种分化和区域适应性影响显著。进一步分析显示，原始野生棉、过渡型半野生棉在栽培类型出现前，共经历了三轮结构变异，以此为基础将陆地棉分为32种单倍型，而目前的栽培作物仅来源于其中1种，遗传多样性较为有限。
研究还鉴定出舆情网陆地棉泛基因组中大量与抗病性状紧密相关的结构变异。团队对NLR免疫受体基因家族进行了全基因组扫描，发现了新的抗黄萎病遗传位点，并阐释了NLR基因的进化特点。此外，此次也定位到了69个关系到纤维品质的新遗传位点，其中62个位点此前并未报道，还鉴定出能够协调纤维强度和种子大小的多效基因。
此外，研究系统分析了127个大规模染色体倒位在棉花全基因组上的分布，揭示其在植株抗虫与纤维着色等性状中的关键功能。例如，A06染色体上的一个3.9Mb倒位明显提高了叶片表皮毛密度并提升植株抗虫能力；A07染色体上的Lc1位点涉及的棕色纤维性状由两种倒位单倍型决定。值得注意的是，这些功能性倒位与数百个基因呈现紧密连锁，意味着育种时提升某类优势性状常常“捆绑”了其他无关基因，被称为“连锁负担”。这一发现指出，传统育种改良过程中容易带来的潜在弊端，呼吁通过突破不利连锁和精准基因编辑为未来棉花改良探索新思路。
中国工程院院士、华中农业大学张献龙教授认为，李付广和杨召恩团队此次从3600多份棉花资源中甄选出107份代表性种质，首次构建了全球涵盖范围最广、遗传差异最大的陆地棉泛基因组图谱，全面解析了核糖体DNA（rDNA）在群体中的演化机制，为理解陆地棉的遗传多样性及表型变异提供了坚实的理论基础。该项目同时揭示了陆地棉在美洲的起源和传播规律，证实大尺度结构变异驱动了其对环境的适应分化；首次构建的棉花全基因组倒位全景图为分子设计育种提供了重要的科学依据及前沿工具。
