棉花是重要的經(jīng)濟作物，其產(chǎn)量、品質(zhì)和適應性對全球農(nóng)業(yè)至關重要。作為異源多倍體作物，棉花的基因組非常復雜，包含多個亞基因組，這給基因組組裝和解析帶來了巨大的挑戰(zhàn)。以往的棉花基因組組裝存在著連續(xù)性和完整性不足的問題，很多基因組區(qū)域的序列信息缺失，這嚴重制約了對棉花基因組結(jié)構(gòu)和功能的研究。“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，一項中國科研團隊發(fā)表的最新研究，旨在通過解析棉花基因組，為棉花的基礎研究和應用研究提供科學依據(jù)。

2025年3月17日，《自然遺傳學》期刊刊登了一項研究成果，中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所國家棉花生物育種重點實驗室****馬雄風領導的研究團隊成功完成了棉花品種**“中棉113”的端粒到端粒全基因組組裝，極大提升了棉花基因組組裝的精度。棉花作為全球重要的經(jīng)濟作物，其復雜的多倍體基因組結(jié)構(gòu)一直以來都是研究的難點。此次研究團隊創(chuàng)新性地融合了PacBio HiFi、牛津納米孔超長讀長測序以及Hi-C等先進技術**，以前所未有的精度解析了棉花基因組，不僅完整地呈現(xiàn)了26個著絲粒區(qū)域和52個端粒區(qū)域，還精確定位了5S rDNA簇和核仁組織區(qū)，極大地提升了棉花基因組的完整性和連續(xù)性。


“中棉113”是一款特早熟、高衣分、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的棉花品種，尤其在冷涼地區(qū)表現(xiàn)突出，適應性強。該品種由馬雄風等科學家培育，纖維品質(zhì)優(yōu)良，產(chǎn)量表現(xiàn)卓越，已在新疆等地大面積推廣。圖源：中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所
這項研究的重大發(fā)現(xiàn)之一是，棉花D08號染色體上存在一個獨特的著絲粒重定位事件，這一現(xiàn)象在陸地棉中特有，揭示了一個古老著絲粒的失活以及一個基于衛(wèi)星重復序列的新著絲粒的形成，為探索著絲粒的演化機制提供了重要線索。此外，研究團隊通過深入的基因組分析，系統(tǒng)評估了棉花關鍵農(nóng)藝性狀的有利等位基因聚合情況，并成功挖掘到一個與早熟性狀緊密相關的單倍型。該單倍型源自一個11Mb的近著絲粒倒位，這一倒位事件發(fā)生在陸地棉馴化早期，研究人員推測，棉花短季適應的遺傳基礎可能源于原始馴化形態(tài)中該倒位的滲入，隨后在現(xiàn)代育種過程中，這一單倍型經(jīng)歷了進一步的分化。

人類對棉花的利用歷史悠久，在不同地區(qū)都有數(shù)千年前使用棉花的證據(jù)。一片棉花田。（圖文無關）

端粒到端粒（Telomere-to-Telomere，通常縮寫為T2T）基因組組裝指的是對生物的完整染色體進行高精度測序和組裝，確保基因組從一端的端粒到另一端的端粒無缺失、無間隙。這種組裝克服了傳統(tǒng)基因組測序中由于重復序列、復雜結(jié)構(gòu)區(qū)域（如著絲粒和核仁組織區(qū)）導致的拼接難題，提供了前所未有的基因組完整性和準確性。T2T基因組對于研究基因功能、染色體結(jié)構(gòu)演化、關鍵農(nóng)藝性狀的遺傳基礎，以及推動精準育種具有重要意義。

上面的這項研究，不僅在技術上實現(xiàn)了棉花基因組解析的重大突破，更在理論上揭示了棉花著絲粒演化和短季適應的遺傳機制，為棉花育種提供了寶貴的遺傳資源和理論指導，有望加速培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟的棉花新品種，為全球棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的科技動力。

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資訊源 | Nature Genetics (2025)
快訊 | 王昆山

編輯 | 綠茵

排版 | 綠葉

參考鏈接略

來源: 海洋與濕地