朱玉贤院士团队在棉花基因组领域取得重要突破

新闻网讯（通讯员黄盖）4月13日，国际期刊 Nature Genetics 《自然•遗传》发表了武汉大学高等研究院朱玉贤院士团队在棉花基因组领域取得的重要突破性成果。该研究成果提供了棉花基因组和遗传资源，以便于遗传进化、比较基因组分析和分子改良育种。同时还解决了困扰已久的棉花A基因组进化起源问题，具有较高的科学价值和重要的现实意义，将加快棉花遗传育种改良进程。

该研究论文题为“Genome sequence of Gossypium herbaceum and genome updates of Gossypium arboreum and Gossypium hirsutum provide insights into cotton A-genome evolution”。朱玉贤和美国农业部（USDA-ARS）John Z. Yu教授为该论文的共同通讯作者，朱玉贤团队已毕业的黄盖博士和武汉大学吴志国副教授为共同第一作者。

棉花是全球最重要的经济作物之一，共包含4种人工驯化的栽培品种，其中草棉（A1基因组）和亚洲棉（A2基因组）为二倍体A基因组；陆地棉（AD1基因组）和海岛棉（AD2基因组）为异源四倍体AD基因组。AD基因组是由D基因组和A基因组通过自然杂交和染色体加倍而形成。学者公认其D亚基因组供体为雷蒙德氏棉（D5基因组），其A基因组供体则长期处于争论状态中。

该论文利用最新测序和组装技术解析了世界上首个高精度的草棉参考基因组，并对陆地棉和亚洲棉基因组进行质量升级。升级后基因组在准确性和完成度等方面具有明显的提高，填补了大量的基因组漏洞，可作为参考基因组。该论文从基因组和群体进化等多方面阐明了现有的A基因组起源于可能已灭绝的共同祖先A0。从进化关系上看，A1基因组比A2基因组更接近于A0。该论文提出A0与D5基因组雷蒙德氏棉大约在1.6百万年前（MYA）形成异源四倍体，随后，A0基因组在大约0.7百万年前分化形成现存的A1和A2基因组。该论文阐明了亚洲棉与草棉独立起源的问题，即亚洲棉不起源于草棉，而是与草棉同时起源于A0，并独立驯化。

通过开发新的方法，该论文探究了棉属物种间转座子爆发事件。该论文还发现位于基因区附近的变异位点改变了重要基因的表达，可能最终导致了四倍体陆地棉相较于二倍体棉在纤维品质等性状上有明显的改良与提升。这一系列研究成果不仅为科学社区提供了基因组和遗传资源，以便于遗传进化、比较基因组分析和分子改良育种。同时还解决了困扰已久的棉花A基因组进化起源问题，具有较高的科学价值和重要的现实意义，将加快棉花遗传育种改良进程。

这项工作是朱玉贤团队继雷蒙德氏棉基因组（Wang et al., Nature Genetics , 2012），亚洲棉基因组和群体（Li et al., Nature Genetics , 2014; Du et al., Nature Genetics , 2018），陆地棉基因组（Li et al., Nature Biotechnology , 2015）和亚洲棉转录组（Wang et al., Nature Communications , 2019）之后，在棉花基因组领域中的又一重要突破。该项研究得到了国家自然科学基金资助。

棉属基因组共线性分析（a）和新鉴定的两个染色体倒位（b）

棉花A基因组起源与进化模型（a）和重要进化事件（b）

论文链接： https://www.nature.com/articles/s41588-020-0607-4

（编辑：付晓歌）