棉花是世界最大的纤维作物和纺织工业原料。棉纺织品具有优越的透气性、舒适性、保暖性，深受人们的喜爱。四倍体化后，人类驯化了陆地棉（Gossypium hirsutum L.）和海岛棉（G. barbadense）。陆地棉产量高，纤维好，适应性广，产量占世界棉花总产的90%以上。长、强、细，光滑有色泽的海岛棉又称长绒棉是国际奢侈品的主要纺织材料，产量低，仅能在新疆、埃及、美国亚利桑那州等少数干旱地区种植，因此价格昂贵。人们一直努力想解析陆地棉和海岛棉这种产量、品质和适应性差异形成的原因，并培育出综合海陆高产、纤维优良、适应性强的棉花新品种，但是一直没有成功。3月18日，《Nature Genetics》以Articles形式在线发表了农学院作物所张天真教授牵头的一个国际团队完成的研究论文“Gossypium barbadense and Gossypium hirsutum genomes provide insights into the origin and evolution of allotetraploid cotton”，报道了它们的起源和种间分化的遗传机制，揭示了陆地棉广适性、长绒海岛棉优质的遗传基础。

本成果利用了以色列NRGene公司的 DeNovoMAGIC组装技术，结合Bionano光学图谱、超高密度遗传图谱、Hi-C等辅助技术，组装出陆地棉遗传标准系TM-1和我国自育的海岛棉品种Hai7124染色体水平基因组，基因组完整性，尤其在重复序列富集的着丝粒区域组装完整性有了大幅提升。海陆基因组比较分析发现，特异基因表达、扩增和染色体结构变异是海陆驯化后分化的主要原因。其中纤维发育期间，膜转运、糖合成、碳水化合物代谢通路等相关基因海、陆差异富集，蔗糖转运、离子转运、液泡转化酶等、液泡中渗透物质调节等调控细胞伸长相关基因在海岛棉纤维发育中的表达持续时间远长于陆地棉，是长绒“奢侈棉”产生的主要原因（图1）。此外，陆地棉中有更多的乙烯、ABA信号调控的基因被激活，调控对冷、热等逆境响应，这可能与陆地棉的广适性密切相关。A01染色体陆地棉大片段序列的渐渗分析发现，确实存在中亚型或新疆型海岛棉。

该研究是张天真教授团队继主导组装出陆地棉第一代基因组，揭示多倍体物种染色体亚组非对称性进化(Nat Biotechnol 2015)、解析从树棉到美棉，再到全球最大纤维作物棉花的驯化和改良遗传基础(Genome Biol 2017, Nat Genet 2017)之后，在基因组学研究领域取得的又一项突破性成果。该项成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江大学优势学科和溢达集团等大力支持。南京农业大学、基诺信息科技（深圳）有限公司、以色列NRGene、澳大利亚纽卡斯尔大学、美国农业部南方研究中心、溢达集团、巴基斯坦国家生物技术和遗传改良研究中心、福建农林大学、中科院上海植物生理生态研究所等国内外多家科研机构项目参与了本项目的研究。

    文章链接https://www.nature.com/articles/s41588-019-0371-5

海陆之间纤维差异形成的遗传机制解析