5月7日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所聯(lián)合國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)開展的亞洲棉和陸地棉2項研究成果同時在線發(fā)表于《自然遺傳學(xué)(Nature Genetics)》。兩項研究揭示了亞洲棉在中國的演化歷史,并鑒定到大量與陸地棉纖維長度、纖維強(qiáng)度密切關(guān)聯(lián)的主效QTL位點。
“亞洲棉多樣性及演化的遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究”由棉花所李付廣團(tuán)隊與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所、武漢大學(xué)、安陽工學(xué)院合作,通過對243份二倍體棉花種質(zhì)材料進(jìn)行重測序,構(gòu)建了完整的棉花A基因組變異圖譜,揭示了亞洲棉在中國的演化歷史,為基因功能的挖掘和分子育種奠定了基礎(chǔ)。該研究表明亞洲棉在中國的傳播過程中逐漸形成了華南、長江及黃河流域三種生態(tài)型,同一生態(tài)型內(nèi)部的材料具有更為相似的基因型。研究通過比較不同生態(tài)型群體之間的分化程度,共鑒定出163個遺傳分化區(qū)間,揭示了人工選擇及生態(tài)地理對基因組的影響;通過聚類及馴化相關(guān)性狀分析,揭示了中國的亞洲棉可能最早來源于華南,從南往北逐漸擴(kuò)散到長江和黃河流域。發(fā)現(xiàn)了決定亞洲棉抗病性的關(guān)鍵變異位點,此位點變異使得谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶基因啟動子上的順式作用元件發(fā)生變化,進(jìn)而影響病菌入侵時基因表達(dá)水平,從而使得棉花細(xì)胞的“解毒”能力增強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)3-酮脂-ACP合成酶基因的一個非同義突變是導(dǎo)致亞洲棉種子棕櫚酸(C16:0)和棕櫚油酸(C16:1)含量差異的主要原因。
該研究是棉花基因組基礎(chǔ)上的延伸,為棉花遺傳研究和分子育種奠定了科研基礎(chǔ),加深了我們對中國亞洲棉群體進(jìn)化的認(rèn)識,為將二倍體棉花優(yōu)良抗逆性狀導(dǎo)入廣泛種植四倍體棉花奠定了重要的遺傳基礎(chǔ),同時也會加快棉花育種進(jìn)程。
“陸地棉核心種質(zhì)基因組變異及其影響纖維品質(zhì)和產(chǎn)量的關(guān)鍵位點研究”由棉花所杜雄明團(tuán)隊聯(lián)合河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、安陽工學(xué)院和新疆農(nóng)科院等8家單位,首次利用我國419份陸地棉核心種質(zhì)發(fā)掘了約366萬個SNP標(biāo)記,對遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)分析。該研究的主要亮點是完整地搜集了13個纖維性狀在12個環(huán)境中的表現(xiàn),利用關(guān)聯(lián)分析發(fā)掘了一大批重要性狀相關(guān)的位點和基因,并對關(guān)鍵候選基因進(jìn)行了功能驗證,系統(tǒng)地開展了纖維產(chǎn)量、品質(zhì)、生育期等性狀的全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS),鑒定到大量與纖維長度、纖維強(qiáng)度密切關(guān)聯(lián)的主效QTL位點。
該研究成果標(biāo)志著我國在棉花基因組變異和纖維性狀遺傳領(lǐng)域取得重大進(jìn)展,棉花核心種質(zhì)重要性狀表型、基因組變異和分子標(biāo)記鑒定以及新基因發(fā)掘躍居國際領(lǐng)先行列,為深化作物基因組研究提供了重要依據(jù),為棉花重要性狀定向育種提供了較為精準(zhǔn)的標(biāo)記和基因資源。
該研究獲得了國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、河北省科技支撐計劃、國家轉(zhuǎn)基因重大專項和科技部重點研發(fā)計劃等項目經(jīng)費的資助。(通訊員 梁冰)
亞洲棉研究成果原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41588-018-0116-x
陸地棉研究成果原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41588-018-0119-7