2025年3月17日，《自然·遺傳學(xué)（Nature Genetics）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）胡冠菁團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所馬雄風(fēng)團(tuán)隊(duì)的研究論文，題為“A telomere-to-telomere genome assembly of cotton provides insights into centromere evolution and short-season adaptation”。該研究構(gòu)建了陸地棉主栽品種“中棉113”的端粒到端粒基因組圖譜，并利用該基因組揭示了陸地棉的著絲粒演化和短季適應(yīng)性遺傳基礎(chǔ)，為陸地棉著絲粒形成與演化提供了新視角，為陸地棉早熟基因的挖掘提供了重要基礎(chǔ)性支撐。

棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物和紡織工業(yè)原料。以新疆為主的西北內(nèi)陸棉區(qū)是我國(guó)最大的產(chǎn)棉區(qū)，對(duì)保障我國(guó)原棉供給和棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。但該地區(qū)由于熱量不足、無(wú)霜期短，急需既高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)又早熟的棉花品種，但早熟性與產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀通常呈負(fù)相關(guān)，協(xié)同提升難度大，成為制約該地區(qū)棉花生產(chǎn)的瓶頸。為此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新棉花早熟育種策略，采用分子聚合育種技術(shù)，打破了早熟與產(chǎn)量、衣分、品質(zhì)等性狀的負(fù)相關(guān)，育成早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)新品種中棉113，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)性狀的協(xié)同改良，該品種迅速成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推品種，并在2022年、2023年推廣面積居全國(guó)常規(guī)棉主要品種第三位，在新疆廣泛種植。由于陸地棉是異源四倍體物種，基因組復(fù)雜性高，使得很多區(qū)域未被組裝，限制了對(duì)陸地棉早熟性等多種重要性狀的深入解析。

該研究運(yùn)用PacBio HiFi、ONT超長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序和Hi-C等先進(jìn)技術(shù)，成功組裝了“中棉113”的端粒到端粒基因組，實(shí)現(xiàn)了前所未有的基因組連續(xù)性和完整性，為陸地棉基因組研究提供了更為精確的參考。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，陸地棉的著絲粒主要由反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子構(gòu)成，而非衛(wèi)星重復(fù)序列，只有D08染色體的著絲粒（D08CEN）富集194 bp的串聯(lián)重復(fù)序列，且展現(xiàn)出獨(dú)特特征，如較低的重復(fù)序列含量和高堿基GC含量等，并發(fā)現(xiàn)是由著絲粒位移形成的新著絲粒，為著絲粒的功能及其演化機(jī)制研究提供了獨(dú)特視角。此外，該研究還鑒定出D03染色體上的一個(gè)與開(kāi)花時(shí)間相關(guān)的特定單倍型，推測(cè)該單倍型在早期馴化過(guò)程中通過(guò)結(jié)構(gòu)變異固定下來(lái)，并與陸地棉的早熟性密切相關(guān)。該研究結(jié)果為陸地棉短季適應(yīng)機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。

D08染色體著絲粒演化動(dòng)態(tài)

基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）胡冠菁研究員，中棉所王振玉博士，基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）田尊哲博士，南通大學(xué)王凱教授、季高翔博士，中棉所王星星博士、張先亮副研究員和楊召恩研究員為該論文的第一作者。基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后熊顯鵬、博士后祝德、博士研究生牛若宇、馬學(xué)遠(yuǎn)、碩士研究生劉璇、段煉也參與了本項(xiàng)工作。美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)Jonathan F. Wendel 院士和Corrinne E. Grover教授，以及基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）潘瑋華研究員、武志強(qiáng)研究員，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)宿俊吉教授和中棉所何守樸研究員等對(duì)本研究做出了重要指導(dǎo)。中棉所棉花資源創(chuàng)新與育種課題組馬雄風(fēng)研究員為論文的通訊作者。該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及新疆維吾爾自治區(qū)天山創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。

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