科学家填补棉花“基因地图”空白

南通大学生命科学学院教授王凯团队与浙江大学合作，完成了从TM-1端粒到端粒的四倍体陆地棉标准全基因组装，首次揭示了多倍体作物丝粒的动态演变规律。最近，《自然-遗传》上发表了相关研究成果。

陆地棉基因组结构复杂，重复序列高，作为异源四倍体种，给基因组装和分析带来了巨大的挑战。过去基因组装存在持续性和完整性不足的问题，很多基因组区域缺乏序列信息，严重制约了棉花基因组结构和功能的研究。

南通大学生命科学学院副教授韩金磊表示，由于长期阅读和长期测序技术和高精度测序数据，该团队成功构建了一个完整的基因组序列图，长度为2299.6。 Mb。研究发现，从TM-1端粒到端粒的陆地棉标准基因组包括79642个高置信度蛋白编码基因，显著增加了6000多个基因，特别是对抗病和抗逆基因的注解，如亮氨酸反复受体激酶，为棉花遗传研究和繁殖提供了更准确、更详细的数据基础。

在填补基因组空白的同时，研究小组还揭示了陆地棉丝粒序列的不对称演变机制。丝粒作为真核生物染色体的重要结构，决定了细胞分裂过程中染色体的正确分离。团队研究表明，与两倍体祖先相比，陆地棉丝粒有22个明显的丝粒扩张现象，并伴有染色体倒置、片段插入或缺失等结构变异。

王凯说，这些变化可以通过调节微粒环境，然后“重塑”多倍体化的基因组来提高棉花的生存能力，然后在复杂的环境中仍然可以顺利生长。这一新发现不仅为研究小麦、油菜等多倍体作物的基因组稳定性和适应性演变提供了范式，也为棉花的精确设计和繁殖奠定了理论基础。

据悉，该研究不仅弥补了过去发表的棉花基因组版本中数万个空白区域，还首次系统分析了棉花26个染色体的颗粒和端粒结构，为了了解植物多倍体化后基因组的稳定性和适应机制提供了关键线索。未来，团队将进一步探索丝粒变异驱动染色体稳定性和农作物抗旱分子机制，为应对全球气候变化和粮食安全挑战提供新的繁殖策略。