近日，鄭州大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物制造學(xué)院李付廣/楊召恩研究員團(tuán)隊(duì)在陸地棉進(jìn)化軌跡與重要性狀遺傳架構(gòu)方面取得積極進(jìn)展。該研究成功重建陸地棉進(jìn)化路線圖，揭示了染色體大片段變異調(diào)控種群遺傳多樣性和環(huán)境適應(yīng)性的遺傳機(jī)制，破解了纖維品質(zhì)性狀形成的遺傳架構(gòu)，為棉花生物育種突破同質(zhì)化瓶頸提供了重要理論與技術(shù)支撐。

當(dāng)前，棉花區(qū)域化集中種植導(dǎo)致品種遺傳多樣性銳減、同質(zhì)化問(wèn)題突出，疊加極端天氣頻發(fā)、病蟲(chóng)危害加劇等挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約棉花重要性狀的協(xié)同改良進(jìn)程。探尋陸地棉進(jìn)化的分子軌跡，發(fā)掘種質(zhì)資源中未被育種利用的優(yōu)異基因，創(chuàng)制突破性新種質(zhì)，成為保障棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵路徑。李付廣/楊召恩研究員團(tuán)隊(duì)依托學(xué)院在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、基因組學(xué)等領(lǐng)域的深厚積淀與學(xué)科優(yōu)勢(shì)，牽頭開(kāi)展該重大科學(xué)問(wèn)題的攻關(guān)研究。

研究團(tuán)隊(duì)選取107份陸地棉微核心種質(zhì)，成功構(gòu)建陸地棉超級(jí)泛基因組。首次發(fā)現(xiàn)陸地棉種內(nèi)A03-A09染色體易位事件，證實(shí)該事件對(duì)種群分化及區(qū)域適應(yīng)性具有顯著影響。進(jìn)一步研究揭示，在栽培陸地棉形成前，野生/半野生陸地棉經(jīng)歷了三階段結(jié)構(gòu)變異，基于這些變異可將陸地棉細(xì)分為32種單倍型，而現(xiàn)代栽培種僅源于其中一種單倍型，明確了其遺傳基礎(chǔ)狹窄的核心原因。研究從基因組層面有力證實(shí)中美洲-加勒比海岸雙多樣性中心假說(shuō)，重構(gòu)了陸地棉“尤卡坦半島起源→危地馬拉擴(kuò)散→全球傳播”的三階段馴化傳播路徑。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)加勒比海岸及中美洲地區(qū)是陸地棉與海島棉種間基因交流的熱點(diǎn)區(qū)域，現(xiàn)代栽培陸地棉或通過(guò)繼承特定漸滲基因組合獲得新環(huán)境適應(yīng)能力。通過(guò)泛NLR家族分析，鑒定出抗黃萎病新位點(diǎn)VWD11，闡明了NLR基因家族演化規(guī)律；借助結(jié)構(gòu)變異鑒定出69個(gè)纖維品質(zhì)相關(guān)位點(diǎn)，其中62個(gè)為SNP標(biāo)記未檢測(cè)到的新位點(diǎn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)控纖維強(qiáng)度與種子大小的多效基因；繪制127個(gè)大尺度倒位的全基因組分布圖譜，揭示其在抗蟲(chóng)性與纖維色澤等重要性狀中的關(guān)鍵調(diào)控作用。系列研究成果闡明了結(jié)構(gòu)變異驅(qū)動(dòng)陸地棉演化的內(nèi)在規(guī)律，為棉花育種突破同質(zhì)化瓶頸、實(shí)現(xiàn)重要性狀協(xié)同改良提供了核心支撐。

相關(guān)研究成果以“Graph pan-genome illuminates evolutionary trajectories and agronomic trait architecture in allotetraploid cotton”為題發(fā)表在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature Genetics》上。鄭州大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物制造學(xué)院李付廣研究員、楊召恩研究員、葛曉陽(yáng)研究員、馬雄風(fēng)研究員與美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)Jonathan F. Wendel教授為共同通訊作者，楊召恩研究員、楊作仁研究員，研究生高晨旭、張明君和胡冠菁研究員為論文共同第一作者。論文由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、河南省杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41588-025-02462-1

陸地棉在中美洲和加勒比海岸的演化軌跡