贵族棉花和平民棉花的遗传基础已明确

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棉花是世界上最大的纤维作物。 目前人类驯化的四倍体棉花包括陆地棉和巴巴登棉。 陆地棉产量高、适应性广,占世界棉花总产量的90%以上; 长、强、细、滑、色彩丰富的海岛棉是国际奢侈品的主要纺织原料,仅产于中国新疆等少数国家。 在干旱地区种植,产量低且价格昂贵。

结合两者的优点,培育高产、适应性广、纤维品质较好的棉花品种是学术界的研究热点。 近日,浙江大学农业与生物技术学院张天真教授带领团队发现陆地棉和海岛棉起源和种间分化的遗传机制,揭示了陆地棉和海岛棉广泛适应性的遗传基础。优质长绒海岛棉纤维。 促进棉花新品种的出现。 相关成果近日发表在《Nature Genetics》上。

十天带来“质”的改变

“陆地棉和海岛棉具有明显的基因组分化,它们起源于同一起源,并被独立驯化。独立的驯化过程导致两者在植物形态、产量、纤维品质和环境适应性方面存在差异。” 该论文第一作者之一胡岩副教授告诉科技日报记者,团队通过鉴定大量基因组序列变异,为阐明海棉和陆地棉差异的分子机制奠定了基础在海棉和陆地棉中。

在我国,作为高档纺织服装关键材料的海岛棉产量占棉花总产量的比例不足5%。 其余大部分是陆地棉。 棉花生产普遍面临品种单一、纤维长度短、纤维强力低等问题。 分析两者差异的遗传基础,是整合海棉和陆棉优良性状的前提,也是我国棉花育种的重要目标。

“基因组测序是棉花科学研究和育种研究的重要基础。” 张天真表示,利用世界顶尖的基因组组装技术,结合高密度遗传图谱、光学图谱等辅助组装技术,团队更新了陆地棉遗传标准体系,在染色体上也获得了TM-1的参考基因组。我国自育海岛棉品种海7124级。 两种棉花基因组的清晰度和完整性是前所未有的。

通过对海棉和陆棉基因组的对比分析,研究小组发现,特异性基因表达、扩增和染色体结构变异是驯化后差异的主要原因。 胡艳告诉记者,特别是在特定基因表达水平上,与陆地棉相比,与纤维发育相关的基因在海岛棉中被发现扩增和表达时间更长。

“具体来说,参与糖合成、碳水化合物代谢途径等的基因在海岛棉的纤维发育过程中表达时间较长。” 胡岩补充说,与陆地棉相比,蔗糖运输、离子运输、液泡蔗糖酶等都与液泡有关。 海岛棉纤维发育过程中与介质渗透物质调节相关的基因表达时间显着延长,增强了棉纤维细胞内液泡的膨压,从而促进了棉纤维的生长。

研究小组通过对TM-1(陆地棉)和Hai7124(海岛棉)不同发育阶段胚珠上纤维的动态变化观察发现,陆地棉的纤维伸长一般持续10天,而海岛棉的纤维伸长一般持续10天。棉质,可持续15天左右。 由于特定基因的差异,两者之间的纤维品质差异被拉大。

基因选择开发新品种

对外部环境的不同要求也是陆地棉和海岛棉的区别之一。 就纤维品质而言,陆地棉不如海岛棉,但仍能凭借其适应环境的能力胜出。

科学研究人员发现陆地棉对不同环境具有广泛的适应性。 胡岩表示,基于这项研究,团队通过基因表达谱分析,还发现了陆地棉“不怕冷、不怕热”的基因。

分析结果显示,与海岛棉相比,陆地棉有更多参与调控乙烯信号和ABA信号的基因被激活,调节对冷热等胁迫的反应。 这可能与陆地棉的适应性广泛密切相关。 胡岩表示,这些发现为探索陆地棉和海岛棉基因组的进化和驯化历史以及棉花的遗传改良奠定了基础。

“科学家们进行了杂交尝试,将海岛棉和陆地棉的优良性状融合在一起,但杂交后代的性状特别严重。” 胡岩还向记者透露,通过这次测序分析,团队找到了一种将两者优势结合起来的方法。 许多候选基因正被用于通过基因编辑来提高棉纤维的品质和抗逆性。

也受益于本研究中清晰完整的基因组分析,团队现在对各有所长的海岛棉和陆地棉的基因表达有了更清晰的认识,也有望通过基因改造培育出新品种。

“这项研究发现了海岛棉和陆地棉在基因组水平上的差异,为未来选育高产、纤维优良、适应性强的棉花新品种提供了强有力的理论支撑。” 谈及新品种的问世,张天真表示,团队目前正在进行棉花新品种的培育,也在不断探索相关的优良基因。

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