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? 陸地棉產(chǎn)量高、適應性強；海島棉產(chǎn)量低，纖維品質較優(yōu)。長久以來，人們一直想解析陸地棉和海島棉在產(chǎn)量、適應性和品質方面差異的原因，并試圖培育出綜合二者高產(chǎn)、纖維優(yōu)良、適應性強的棉花新品種，但是一直沒有成功。
??? 近日，浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院教授張?zhí)煺鎴F隊在《自然—遺傳學》發(fā)表研究論文，報道了高質量四倍體陸地棉和海島棉的起源及種間分化的遺傳機制，揭示了陸地棉廣適性、海島棉優(yōu)質的遺傳基礎。
實現(xiàn)較完善的基因組組裝
??? 據(jù)張?zhí)煺娼榻B，棉花屬共包括 46 個二倍體棉種和 5 個四倍體棉種，所有的二倍體棉種均可能由 1 個共同的祖先進化而來，隨后分化為 8 個基因組，包括A、B、C、D、E、F、G 和K。
??? “而所有的四倍體棉種均由 A 基因組亞洲棉和 D 基因組雷蒙德氏棉進行種間雜交加倍形成，是異源四倍體棉種。”張?zhí)煺娓嬖V《中國科學報》。
??? 研究團隊對兩個異源四倍體棉種——陸地棉TM-1和海島棉Hai7124，進行了超高深度測序，隨后按照測序得到的棉花基因組序列，用DeNovoMAGIC3軟件進行基因組組裝。
??? 值得一提的是，相比已發(fā)表的兩個舊版本，新組裝的海島棉Hai7124基因組的連續(xù)性分別提高了47倍和90倍，陸地棉TM-1基因組的連續(xù)性也提高了10~20倍?；蚪M的完整性，尤其在重復序列富集的著絲粒區(qū)域組裝的完整性大幅提升。
??? 張?zhí)煺姹硎?，此次研究結合了基因組領域*前沿的組裝、光學圖譜等技術，使新組裝的兩個棉種基因組序列的準確性、完整性和連續(xù)性均顯著提升，這也為后續(xù)四倍體棉花育種的研究奠定了堅實基礎。
??? “參考基因組序列是功能基因組研究的一項非常重要的基礎工作。”中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院教授華金平對《中國科學報》表示，“此次組裝的陸地棉TM-1是第三個、也是目前*完善的版本，反映了我國科學家精益求精、契而不舍的科學精神。海島棉Hai7124序列釋放也代表了我國科學家在此領域的*新進展，為海島棉功能基因組研究提供了重要依據(jù)?！?br/>發(fā)現(xiàn)棉種形成和進化的原因
??? 接下來，研究人員使用這兩個組裝良好的基因組棉種，通過全基因組比較分析發(fā)現(xiàn)，基因表達、結構變異和擴展基因家族的物種特異性改變，是這兩個棉種形成和進化的原因。
??? “通過比較陸地棉和海島棉的基因組差異，我們發(fā)現(xiàn)在這兩個棉種中各存在很多擴增的特異基因，并推測，其中某些特異基因可能與棉種的特異性狀有關?！睆?zhí)煺娼榻B，在兩個棉種的基因組中，也發(fā)現(xiàn)了染色體結構的差異。
??? 研究人員發(fā)現(xiàn)，在纖維發(fā)育期間，陸地棉和海島棉的膜轉運、糖合成、碳水化合物代謝通路等相關基因差異富集。
??? 其中，蔗糖轉運、離子轉運、液泡轉化酶等調控細胞伸長的相關基因，在海島棉纖維發(fā)育中的表達持續(xù)時間遠長于陸地棉?！斑@是海島棉纖維品質較優(yōu)的主要原因?！睆?zhí)煺嬲f。
??? 此外，陸地棉中有更多的乙烯、ABA信號調控的基因被激活，而這些基因可以調控棉花對冷、熱等環(huán)境的反應，因此，這些基因可能與陸地棉的廣適性密切相關。
助力棉種改良馴化棉花
??? 張?zhí)煺姹硎荆m然我國棉花產(chǎn)量位居世界前列，但我國棉花生產(chǎn)也面臨著重大危機，如棉類型單一、纖維品質差、纖維強度較低等問題。
??? “因此，充分研究棉花基因組功能，對加快選育優(yōu)質的棉花品種、保證我國棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義?！?br/>??? 研究人員表示，此次研究發(fā)現(xiàn)將有助于闡明棉花的馴化歷史和棉花基因組進化歷程。此外，可以進一步研究陸地棉和海島棉基因組中的差異基因，以應用于下一步的棉花育種，提高棉花纖維質量，增強棉花對外界環(huán)境的適應性。
??? “本項研究方法還可以擴展應用到其他作物上，以便更好地了解作物的馴化歷史，改進提升作物品質?！睆?zhí)煺嬲f。

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科技揭示陸地棉與海島棉的基因差別

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