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河北農(nóng)業(yè)大學(xué)在棉花現(xiàn)代品種基因組及結(jié)構(gòu)變異方面取得重要進(jìn)展

陸海棉有望“聯(lián)姻”育新種

河北日報訊（記者王璐丹）近日，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬峙英教授團(tuán)隊(duì)在《自然·遺傳學(xué)》在線發(fā)表一項(xiàng)研究成果。該研究首次組裝了陸地棉和海島棉現(xiàn)代品種基因組，破譯了海陸種間、陸陸種內(nèi)基因組結(jié)構(gòu)變異及其規(guī)律，揭示了陸地棉大規(guī)模種質(zhì)材料結(jié)構(gòu)變異的遺傳效應(yīng)，為作物重要性狀改良提供了新的理論依據(jù)和資源。

棉花共有4個栽培種，其中經(jīng)濟(jì)價值較高的是2個四倍體栽培種——陸地棉和海島棉。陸地棉產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)，占全球棉花總產(chǎn)量90%以上；海島棉產(chǎn)量低、纖維品質(zhì)優(yōu)良、抗病性好，約占全球棉花產(chǎn)量10%。長期以來，育種家在獲得多逆境抗性的同時，努力通過協(xié)同提高產(chǎn)量和品質(zhì)來培育陸地棉新品種，將海島棉的優(yōu)異性狀轉(zhuǎn)育到陸地棉中，以進(jìn)一步改良品質(zhì)和抗性。論文第一作者、共同通訊作者馬峙英說，一直以來，人們對棉花現(xiàn)代育成品種的基因組信息、現(xiàn)代育種過程中基因組的結(jié)構(gòu)變異仍缺乏深入了解，有關(guān)棉花結(jié)構(gòu)變異的遺傳效應(yīng)鮮為人知。

“陸地棉和海島棉都是由A基因組和D基因組通過自然雜交和染色體加倍而形成�！瘪R峙英介紹，他們率先組裝了我國自育陸地棉現(xiàn)代品種農(nóng)大棉8號和海島棉Pima90的基因組，在農(nóng)大棉8號中鑒定出80124個基因，其中1499個為預(yù)測的新基因；在Pima90中鑒定到79613個基因，其中1267個為預(yù)測的新基因。

為了在陸地棉現(xiàn)代育種中有效利用海島棉基因組變異，通過比對分析Pima90與農(nóng)大棉8號基因組，發(fā)現(xiàn)海島棉存在大量影響基因表達(dá)的結(jié)構(gòu)變異，而且在利用Pima90和陸地棉雜交培育的優(yōu)質(zhì)抗病新材料NDM373-9中檢測到171個來自于海島棉基因外顯子區(qū)的變異，表明了對陸地棉改良的可行性。

該項(xiàng)研究還分析了結(jié)構(gòu)變異對棉花重要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳效應(yīng)。論文共同通訊作者、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教授張艷介紹，他們深度重測序了1081份世界各地的陸地棉種質(zhì)資源，以農(nóng)大棉8號為參考基因組獲得了304630個結(jié)構(gòu)變異，結(jié)合大規(guī)模多環(huán)境評價獲得的纖維長度、強(qiáng)度、鈴重、衣分和黃萎病抗性數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)346個與品質(zhì)、97個與產(chǎn)量、3個與黃萎病抗性顯著關(guān)聯(lián)的重要結(jié)構(gòu)變異。

此外，他們發(fā)現(xiàn)，在陸地棉D(zhuǎn)t11染色體的3個結(jié)構(gòu)變異能夠使棉花黃萎病病情指數(shù)大大降低，讓棉花從感病變?yōu)槟筒�。在發(fā)現(xiàn)的60個抗黃萎病相關(guān)基因中，編碼S-去甲烏藥堿合成酶的基因GhNCS在抗黃萎病品種中的表達(dá)量顯著低于感病品種，沉默該基因?qū)е驴共⌒燥@著增強(qiáng)：可以使棉花品種NDM8由耐病變?yōu)榭共�，使CCRI8由感病變?yōu)槟筒　！斑@證明GhNCS是控制黃萎病抗性的一個重要新基因�！睆埰G說。

馬峙英表示，這一成果深化了棉花生物技術(shù)育種基礎(chǔ)研究，將加快推進(jìn)棉花品質(zhì)、產(chǎn)量、抗病性等重要性狀的分子改良。

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