中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所作為國內(nèi)農(nóng)業(yè)基因組學(xué)研究的平臺,，一直大力推進與國內(nèi)兄弟單位的協(xié)同創(chuàng)新,。今年1月11日和華中農(nóng)業(yè)大學(xué),、中國農(nóng)科院蔬菜所等在《細(xì)胞（Cell）》發(fā)表番茄果實代謝組演化論文,。4月26日,，和農(nóng)科院作物所等在《自然（Nature）》發(fā)表3000份水稻變異組論文。5月7日，和農(nóng)科院棉花所,、武漢大學(xué)在《自然?遺傳（Nature Genetics）》共同發(fā)表亞洲棉變異組論文,。

值得注意的是，論文通訊作者之一是基因組所年輕的林濤博士（1987年出生,，現(xiàn)從事博士后研究）,。林濤表示這是自己從事科研工作以來發(fā)表的第一篇通訊作者論文，在和棉花所杜雄明老師,、李付廣所長,、武大朱玉賢院士的合作中收獲良多。

亞洲棉（G. arboreum）原產(chǎn)于印度次大陸,，經(jīng)緬甸,、越南傳入我國華南地區(qū), 約在12世紀(jì)末由華南地區(qū)傳入長江、黃河流域種植, 進而遍及全國植棉地區(qū),。在人工選擇和自然選擇的長期作用下形成了遺傳變異豐富的中國特有的生態(tài)地理種系-中棉,。然而亞洲棉在華南、長江,、黃河流域棉區(qū)是否形成了獨特的地理生態(tài)類型,其產(chǎn)量,、纖維品質(zhì)、生育期,、抗逆性等性狀是否存在地理分化以及基因型的變異狀態(tài)等都未曾報道,。

該項目收集了分布在不同棉區(qū)的230份亞洲棉和13份草棉材料，借助由Pacbio+Hi-C組裝的高質(zhì)量亞洲棉參考基因組進行變異檢測,，發(fā)掘了約1800萬個SNP標(biāo)記,，成功構(gòu)建了棉花A基因組的高質(zhì)量變異圖譜。通過群體結(jié)構(gòu)變異分析發(fā)現(xiàn)亞洲棉在中國的傳播過程中逐漸形成了華南,，黃河及長江流域三種生態(tài)型,，同一生態(tài)型內(nèi)部的材料在基因型上更為相似，說明亞洲棉在我國已形成獨特的生態(tài)型特征,。群體結(jié)構(gòu)及馴化相關(guān)性狀分析均表明中國的亞洲棉可能最早來源于華南地區(qū),，從南往北逐漸擴散到長江和黃河流域。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,，全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)與抗病性、產(chǎn)量和生育期等性狀相關(guān)位點位于遺傳分化區(qū)間中,，成功揭示了人工選擇及生態(tài)地理對基因組的影響（圖1）,。

圖1 亞洲棉群體結(jié)構(gòu)和分化

合作團隊通過全基因組關(guān)聯(lián)分析從亞洲棉中成功地鑒定出了一批與抗病、油分等相關(guān)的候選基因?？菸∈俏：γ藁ㄉa(chǎn)的主要病害之一,，通過關(guān)聯(lián)分析，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,，進而影響病菌入侵時基因表達水平，從而使得棉花細(xì)胞的“解毒”能力增強,。同時,，該位點的單體型在群體中的分布存在明顯地域特征，即感病位點在群體中的比例從南方到長江流域,，再到黃河流域呈現(xiàn)降低趨勢,，說明亞洲棉群體中抗枯萎病性狀是一個典型的受到地理選擇的性狀。棉花除了提供優(yōu)質(zhì)的纖維材料,，還是重要的油料作物,。通過關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了決定亞洲棉種子棕櫚酸（C16:0）和棕櫚油酸（C16:1）含量差異的關(guān)鍵變異位點（T->C）,，此位點的變異導(dǎo)致3-酮脂-ACP合成酶的活性發(fā)生變化,，在種子形成30天后C單體型材料開始迅速積累棕櫚酸和棕櫚油酸。

該研究成果為深入解析亞洲棉在中國形成獨特生態(tài)型的遺傳適應(yīng)機理,，以及高效利用亞洲棉的優(yōu)異性狀奠定了基礎(chǔ),。中國農(nóng)科院棉花所杜雄明為第一作者，棉花所何守樸,、楊召恩,、馬雄風(fēng)，北京大學(xué)黃蓋,，安陽工學(xué)院孫高飛和基因組所李楠為共同第一作者,。棉花所李付廣，武漢大學(xué)朱玉賢和基因組所林濤為通訊作者（圖2）,。該研究成果得到了國家杰出青年科學(xué)基金,、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國家自然科學(xué)基金,、科技部重點研發(fā)計劃,、廣東省領(lǐng)軍人才等項目經(jīng)費的資助。

圖2 協(xié)同創(chuàng)新團隊部分成員