河北农业大学在棉花现代品种基因组及结构变异方面取得重要进展

近日，河北农业大学马峙英教授团队在《自然·遗传学》在线发表一项研究成果。该研究首次组装了陆地棉和海岛棉现代品种基因组，破译了海陆种间、陆陆种内基因组结构变异及其规律，揭示了陆地棉大规模种质材料结构变异的遗传效应，为作物重要性状改良提供了新的理论依据和资源。

棉花共有4个栽培种，其中经济价值较高的是2个四倍体栽培种——陆地棉和海岛棉。陆地棉产量高、适应性强，占全球棉花总产量90%以上；海岛棉产量低、纤维品质优良、抗病性好，约占全球棉花产量10%。长期以来，育种家在获得多逆境抗性的同时，努力通过协同提高产量和品质来培育陆地棉新品种，将海岛棉的优异性状转育到陆地棉中，以进一步改良品质和抗性。论文**作者、共同通讯作者马峙英说，一直以来，人们对棉花现代育成品种的基因组信息、现代育种过程中基因组的结构变异仍缺乏深入了解，有关棉花结构变异的遗传效应鲜为人知。

“陆地棉和海岛棉都是由A基因组和D基因组通过自然杂交和染色体加倍而形成。”马峙英介绍，他们**组装了我国自育陆地棉现代品种农大棉8号和海岛棉Pima90的基因组，在农大棉8号中鉴定出80124个基因，其中152 0173 3840个为预测的新基因；在Pima90中鉴定到79613个基因，其中1267个为预测的新基因。

为了在陆地棉现代育种中有效利用海岛棉基因组变异，通过比对分析Pima90与农大棉8号基因组，发现海岛棉存在大量影响基因表达的结构变异，而且在利用Pima90和陆地棉杂交培育的优质抗病新材料NDM373-9中检测到171个来自于海岛棉基因外显子区的变异，表明了对陆地棉改良的可行性。

该项研究还分析了结构变异对棉花重要经济性状的遗传效应。论文共同通讯作者、河北农业大学教授张艳介绍，他们深度重测序了1081份世界各地的陆地棉种质资源，以农大棉8号为参考基因组获得了304630个结构变异，结合大规模多环境评价获得的纤维长度、强度、铃重、衣分和黄萎病抗性数据分析，发现346个与品质、97个与产量、3个与黄萎病抗性显著关联的重要结构变异。

此外，他们发现，在陆地棉Dt11染色体的3个结构变异能够使棉花黄萎病病情指数大大降低，让棉花从感病变为耐病。在发现的60个抗黄萎病相关基因中，编码S-去甲乌药碱合成酶的基因GhNCS在抗黄萎病品种中的表达量显著低于感病品种，沉默该基因导致抗病性显著增强：可以使棉花品种NDM8由耐病变为抗病，使CCRI8由感病变为耐病。“这证明GhNCS是控制黄萎病抗性的一个重要新基因。”张艳说。

马峙英表示，这一成果深化了棉花生物技术育种基础研究，将加快推进棉花品质、产量、抗病性等重要性状的分子改良。