Nature Genetics | 基因组所胡冠菁团队联合中棉所马雄风团队成功组装陆地棉端粒到端粒基因组

2025年3月17日，《自然·遗传学（Nature Genetics）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）胡冠菁团队与中国农业科学院棉花研究所马雄风团队的研究论文，题为“A telomere-to-telomere genome assembly of cotton provides insights into centromere evolution and short-season adaptation”。该研究构建了陆地棉主栽品种“中棉113”的端粒到端粒基因组图谱，并利用该基因组揭示了陆地棉的着丝粒演化和短季适应性遗传基础，为陆地棉着丝粒形成与演化提供了新视角，为陆地棉早熟基因的挖掘提供了重要基础性支撑。

棉花是重要的经济作物和纺织工业原料。以新疆为主的西北内陆棉区是我国最大的产棉区，对保障我国原棉供给和棉花产业高质量发展至关重要。但该地区由于热量不足、无霜期短，急需既高产、优质又早熟的棉花品种，但早熟性与产量、品质等性状通常呈负相关，协同提升难度大，成为制约该地区棉花生产的瓶颈。为此，研究团队创新棉花早熟育种策略，采用分子聚合育种技术，打破了早熟与产量、衣分、品质等性状的负相关，育成早熟、优质、高产新品种中棉113，实现了多个性状的协同改良，该品种迅速成为农业农村部主推品种，并在2022年、2023年推广面积居全国常规棉主要品种第三位，在新疆广泛种植。由于陆地棉是异源四倍体物种，基因组复杂性高，使得很多区域未被组装，限制了对陆地棉早熟性等多种重要性状的深入解析。

该研究运用PacBio HiFi、ONT超长读长测序和Hi-C等先进技术，成功组装了“中棉113”的端粒到端粒基因组，实现了前所未有的基因组连续性和完整性，为陆地棉基因组研究提供了更为精确的参考。进一步研究发现，陆地棉的着丝粒主要由反转录转座子构成，而非卫星重复序列，只有D08染色体的着丝粒（D08CEN）富集194 bp的串联重复序列，且展现出独特特征，如较低的重复序列含量和高碱基GC含量等，并发现是由着丝粒位移形成的新着丝粒，为着丝粒的功能及其演化机制研究提供了独特视角。此外，该研究还鉴定出D03染色体上的一个与开花时间相关的特定单倍型，推测该单倍型在早期驯化过程中通过结构变异固定下来，并与陆地棉的早熟性密切相关。该研究结果为陆地棉短季适应机制提供了新的见解。

D08染色体着丝粒演化动态

基因组所（大鹏湾实验室）胡冠菁研究员，中棉所王振玉博士，基因组所（大鹏湾实验室）田尊哲博士，南通大学王凯教授、季高翔博士，中棉所王星星博士、张先亮副研究员和杨召恩研究员为该论文的第一作者。基因组所（大鹏湾实验室）博士后熊显鹏、博士后祝德、博士研究生牛若宇、马学远、硕士研究生刘璇、段炼也参与了本项工作。美国爱荷华州立大学Jonathan F. Wendel 院士和Corrinne E. Grover教授，以及基因组所（大鹏湾实验室）潘玮华研究员、武志强研究员，甘肃农业大学宿俊吉教授和中棉所何守朴研究员等对本研究做出了重要指导。中棉所棉花资源创新与育种课题组马雄风研究员为论文的通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及新疆维吾尔自治区天山创新团队等项目的资助。

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