韦德体育 -陆地棉高清育种“地图”定位超级基因—新闻—科学网

进入四月，一批早熟棉将被陆续播种于新疆广袤的棉田中。早熟棉“中棉113”的生长周期不到4个月，而破解其基因暗码，需要整整四年。

近日，中国农业科学院棉花研究所研究员马雄风团队乐成构建了陆地棉主栽品种“中棉113”的端粒到端粒基因组图谱，并使用该基因组展现了陆地棉的着丝粒演化及短季顺应性遗传基础，为新疆棉业冲破“早熟低产”困境、开启“设计育种”时代提供了要害钥匙。相干研究结果发表在《天然—遗传》（Nature Genetics）。

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于中国工程院院士、中国农业科学院研究员万建平易近看来，该研究初次绘制了陆地棉端粒到端粒完备基因组图谱，弥补了繁杂反复区域的高精度序列空缺，为方针性状遗传解析奠基了“精准坐标”。

中国工程院院士、华中农业年夜学传授张献龙指出，这项研究的一个主要立异发明是陆地棉谱系特异的D08着丝粒重定位到卫星反复区域的征象，转变了棉花着丝粒仅以转座子为主的传统认知，为后续棉花着丝粒多态性以和可能功效联系关系研究提供了新标的目的。

遴选优秀性状凸起的新品种作为“底盘”

“咱们此刻以育种为方针，想要去解析棉花优秀性状的遗传机制，那末找到一个特定的、更新的资源质料，才是实现研究方针的最好路径。”论文通信作者马雄风告诉《中国科学报》，对于“中棉113”的选择，年夜有讲求。

马雄风先容，以新疆为主的西北内陆棉区作为我国棉花出产的战略焦点，其冷凉干旱的生态前提对于品种早熟性提出了火急需求。然而，传统早熟棉品种遍及面对“早熟低产”困境，早熟及高产两个性状协同晋升难度很年夜，是制约新疆棉花出产的瓶颈。

为此，研究团队立异棉花早熟育种计谋，经由过程份子聚合育种技能，育成早熟、优质、高衣分、高产新品种“中棉113”，实现了多个性状的协同改进，尤其切合新疆棉花出产的品种需求。

2019年，“中棉113”推出后，迅速获得广泛推广及运用。2022年至2024年持续3年入选农业屯子部主导品种。

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“有了‘中棉113’如许的良好早熟品种作为‘底盘’，育种事情者就可以进一步对于其它火急需要的出产性状举行改进。”马雄风说，好比让株型更顺应高密度莳植，同时削减荫蔽问题来晋升光能使用率及机械化采收经由过程性；让棉铃吐絮更集中、叶片同步脱落，来降低机采子棉杂质含量，以和提高脱叶剂利用效率等。

马雄风夸大，育种是一个不停迭代更新、优中选优的动态历程。正由于“中棉113”是一个优秀性状凸起的新品种，及以往其它品种资源存于较年夜差异，举行参考基因组的组装才越发成心义及参考价值，才能为深切研究棉花遗传多样性、对于方针性状举行遗传解析提供要害质料，为立异发明提供更年夜的空间及可能。“中棉113”作为深化品种改进选育的底盘品种，其基因组的参考价值面向将来持久育种实践的需要，将会被不停放年夜。

借助多项进步前辈技能，他们完成为了“中棉113”从端粒到端粒基因组的组装，实现了史无前例的基因组持续性及完备性。据相识，这是棉属物种中第一个作为现代出产品种的高质量组装，为陆地棉基因组研究提供了更为切确的参考。

高质量组装“放年夜”基因组细节

“高质量组装带来的欣喜是使人振奋的。”论文第一作者、中棉所研究员胡冠菁注释道，端粒到端粒（T2T）参考基因组组装，可界说为可以或许完好口地笼罩所有染色体，包括对于繁杂的着丝粒、端粒、核糖体DNA区这些繁杂“黑洞”区域的完备解析。

陆地棉是异源四倍体物种，基因组中含有A型及D型两个亚基因组，各有13对于染色体，共计52条（2n=4x=52）。由于栽培棉花履历了持久的自交纯化，一对于染色体之间的序列一致性很高，以是参考基因组组装出26条染色体。

胡冠菁先容，于水稻、玉米等多莳植物中，着丝粒重要由卫星反复序列构成，这是一类短而反复的DNA序列。而陆地棉的着丝粒比力非凡，重要由反转录转座子组成，这是一种可以自我复制并插入到基因组差别位置的DNA序列。

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可是，当团队得到了高质量的基因组后却不测地发明，于陆地棉全数26条染色体中，D08这条染色体着丝粒其实不是反转录转座子，而是及年夜大都植物同样由卫星反复序列构成——由反复元件以典型的高阶反复布局排布。

联合与其它近缘四倍体棉种的比力阐发，团队终极确定其它棉种中依然存于通例的反转座子D08着丝粒，惟独陆地棉中发生了原本着丝粒的掉活，并形成为了新的反复序列着丝粒。

“现实上，近来陆地棉尺度系TM-1的基因组研究也发明了D08着丝粒地点的位置，确认该位移事务发生在异源四倍化后。而咱们的研究对于该位移发生时间的标准丈量要越发邃密，明确是于陆地棉从其他棉种中分解后发生的。高质量组装就像放年夜镜，让咱们看清晰基因组里的更多细节。”胡冠菁说。

“这个征象于棉花中是初次被发明，于其它物种中也少少有两类差别类型着丝粒共存及彼此动态变化的报导，可以说为着丝粒的发源、演化提供了新的研究视角。”马雄风说。

“超等基因”区段有望实现设计型品种快速创制

该研究的另外一个立异发明，是锁定陆地棉D03染色体上一段长达11Mb的早熟要害区段，并展现其怪异的着丝粒横跨+染色体倒位两重复合布局。

胡冠菁注释，于遗传学研究中，主效位点凡是指的是那些可以或许注释年夜量表型变异的基因或者染色体区域。而这一次他们发明的调控棉花早熟的主效位点很年夜。

于D03染色体上的这个年夜型倒位区段的呈现，可以或许追溯到陆地棉的初期驯化历程中的半野生处所品种，后续进一步发生变异并遭到人工选择鞭策早熟性状的形成。

她说，这个区域中的年夜量基因，包括很多与着花相干基因，互相连锁着固定下来，可以或许以“超等基因”的情势总体遗传。传统的遗传学要领之以是没法将陆地棉的早熟“超等基因”拆开，是由于呈现了倒位布局变异——区段序列颠倒，使患上此中所有基因被“打包”遗传、高度连锁。

“这个超等基因区域是深切研究早熟性份子遗传机制的主要资源。”胡冠菁说。

此外，棉花的一条纤维即为一个完备细胞，于整个植物界以致生物界都是相称年夜型的单细胞布局。而棉纤维性状的转变，瓜葛到整个细胞的生长，也就是说基本上所有基因城市介入到纤维性状bevictor伟德官网转变的历程中，犹如动用整个宇宙的“洪荒之力”一般。

“以是很难找到个体功效尤其凸起的基因，可以或许让棉花纤维一会儿变患上尤其长，或者尤其坚韧，这是它的繁杂性地点。”胡冠菁说，后续将举行的早熟与纤维性状的协同改进研究至关主要。

张献龙暗示，该研究充实阐释了半野生棉来历的早熟单倍型于驯化中的不变通报机制，富厚了棉花基因组布局的认知，并为早熟份子设计育种提供了精准坐标。

万建平易近夸大，从功效基因研究视角看，棉花D03染色体区段内的基因资源掘客具备深远意义，需要经由过程进一步份子收集解析冲破传统遗传定位瓶颈。同时，超等基因架构为份子设计育种提供了自然模块化东西——经由过程定向编纂该区段，有望实现早熟、高产与高衣分的“一因多效”协同改进。建议使用基因组编纂技能定向优化超等基因区段，实现“设计型品种”的快速创制。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41588-025-02130-4

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