近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花遺傳改良團(tuán)隊發(fā)表了題為“Cotton pan-genome retrieves the lost sequences and genes during domestication and selection”的研究論文，公布了目前為止變異類型最豐富的棉花遺傳變異數(shù)據(jù)集。文章還從多尺度解析了棉花馴化和改良的基因組基礎(chǔ)，為棉花重要性狀形成的生物學(xué)研究提供了新的基因位點，從泛基因組學(xué)的角度為棉花重要性狀的精準(zhǔn)改良提供了新的思路。

 

　　目前，棉花是世界上廣泛種植的重要經(jīng)濟(jì)作物，是天然可紡織纖維的主要來源。培育纖維優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病蟲、耐高溫、理想株型的棉花一直是育種家追求的目標(biāo)。近年來的棉花基因組學(xué)研究產(chǎn)生了大量的基因組數(shù)據(jù)，解析了人工馴化對棉花性狀改良的遺傳貢獻(xiàn)，鑒定了一批農(nóng)藝性狀相關(guān)位點。

 

　　棉花遺傳改良團(tuán)隊在前期的研究中組裝了陸地棉TM-1和海島棉3-79的高質(zhì)量參考基因組（Nature Genetics, 2019），為大規(guī)模群體基因組變異分析和優(yōu)異等位基因鑒定提供了良好的參考序列。然而，依賴于單一的參考基因組分析會遺漏掉很多遺傳變異，因此有必要從群體基因組（泛基因組）的角度全面剖析陸地棉和海島棉不同材料間的遺傳多樣性。

 

 

 

　　在研究中，棉花團(tuán)隊對1913份棉花樣本構(gòu)建了遺傳變異組（Variome），包含6300萬個單核苷酸多態(tài)性（SNP），490萬個小的插入/缺失變異（InDel），29萬個結(jié)構(gòu)變異（SV）。從多個尺度全面地分析了棉花群體特征，剖析了馴化和改良中的基因組分歧，鑒定了162個與纖維品質(zhì)、產(chǎn)量、開花期等16個性狀相關(guān)的QTL。

 

 

 

　　研究團(tuán)隊基于參考基因組比對策略，構(gòu)建了陸地棉的泛基因組（3388 Mb序列），包含63489（61.8%）個核心基因和39278（38.2%）個可變基因。同時，構(gòu)建了海島棉的泛基因組（2575 Mb序列），包含68789（85.8%）個核心基因和11359（14.2%）個可變基因。野生種和栽培種群體中的基因頻率分析表明，在馴化和改良中共有6231個基因發(fā)生了選擇性的保留和丟失。

 

　　最后，研究人員利用泛基因組數(shù)據(jù)分析了多個與纖維品質(zhì)等性狀相關(guān)基因在馴化和改良中的頻率變化。

 

　　該研究論文發(fā)表于基因組學(xué)領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)期刊Genome Biology。我校博士后李健英為論文第一作者，棉花遺傳改良團(tuán)隊王茂軍教授和金雙俠教授為共同通訊作者，張獻(xiàn)龍教授參與了研究設(shè)計和文章修改。該研究項目得到了國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s13059-021-02351-w