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    我国学者绘制出两个棉花四倍体栽培种的参考基因组

    日期 2018-12-07   来源:生命科学部   作者:严明理 罗晶 冯雪莲  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:31830062)等资助下,华中农业大学张献龙团队在棉花栽培种研究方面取得重要成果。研究成果以 “Reference Genome Sequences of Two Cultivated Allotetraploid Cottons, Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense”(两个棉花四倍体栽培种Gossypium hirsutumG.barbadense的参考基因组)为题,于2018年12月3日在Nature Genetics(《自然•遗传学》)上发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41588-018-0282-x。

      棉花共有四个栽培种,两个二倍体栽培种生产上已不再使用,生产上主要使用的是两个四倍体栽培种:陆地棉和海岛棉。陆地棉是棉花的主要栽培种,其产量高,适应性强;海岛棉的产量低,栽培区域性强,但是其纤维品质比陆地棉优。将海岛棉中控制优异纤维品质的遗传片段导入到陆地棉,改良陆地棉的纤维品质,是棉花育种家长期坚持的目标。尽管已从海岛棉中克隆了一系列功能基因,但这两个棉花基因组存在什么样的差异,究竟哪些基因组片段控制海岛棉优异纤维品质的形成等仍不清楚。虽然两个棉花的基因组草图已经发表,但是由于组装质量和完整性不高,很难直接从全基因组水平进行比较。

      为得到精细的基因组序列,该研究利用第三代测序技术(PacBio RS II),BioNano光学图谱技术和染色质高级结构捕获技术(Hi-C)进行联合组装。与以前发表的基因组草图相比,该项研究组装的基因组序列在连续性和完整性上有极大提高(陆地棉基因组的连续性提高55倍,海岛棉基因组提高90倍)。该研究成功组装了高度重复的基因组区域,例如着丝粒。通过比较两个棉花四倍体种的基因组,研究发现二者存在大量结构变异。通过与二倍体棉花进行比较,发现很多结构变异发生在棉花基因组的异源多倍化事件之后。值得注意的是,该研究发现两个棉花种的26对染色体中有14条染色体之间存在染色体臂内和臂间的大片段倒位现象,这可能是以前发表的棉花基因组草图拼接困难的原因之一。

      为将这些基因组变异应用到棉花纤维的遗传改良中,该研究对陆地棉和海岛棉之间的遗传导入系材料进行基因组分析,鉴定了13个控制纤维品质的遗传位点。同时,结合纤维发育的转录组数据,探究了这些遗传位点的表达调控机制。该研究对导入系材料的分析为今后通过海岛棉改良陆地棉的种间渐渗育种提供了参考。

    图. 利用渐渗系定位控制棉纤维质量的遗传位点




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