“深度”探寻棉花的秘密
643份种量资源 23倍有效测序
“深度”探寻棉花的机密
袁道军（右）取Jonathan F. Wendel（左）正在实验室，画板展示了棉花多样性。 袁道军供图
棉花是很是重要的自然纺织纤维，但真际上现今看到的棉花已取其“先人”悬殊，发作了诸多扭转。比如种子不再休眠、纤维变长变皂变多、光周期敏感性损失等。
是什么招致了那些表型性状的扭转？人工驯化和遗传改良历程中，棉花的哪些基因组当选择或抛弃了？科学界接续正在寻找答案。但由于缺乏野生型和农家种的种量资源和基因组遗传信息，无奈精确阐发棉花驯化和改良的深层次遗传机理，那也是制约棉花种类改良的瓶颈之一。
为了破解那道难题，华中农业大学棉花团队取爱荷华州立大学、美国农业部竞争生长钻研并得到了重要成绩，不只富厚了棉花的遗传信息资源，提醉了棉花驯化选择的遗传变异轨则和机制，也为棉花进一步开发新的种量资源、更有效地改良种类供给真践根原和辅导。相关成绩近日颁发于《先进科学》。
测序更深、资源更富厚
棉花是自然可再生纤维、食用油和蛋皂量的重要起源，是世界上重要的经济农做物之一。目前宽泛栽培的棉花有两个种，划分是陆地棉和海岛棉，都是异源四倍体棉种，产出全世界97%以上的纤维。
“基因库资源取农业展开和粮食安宁问题互相关注，是一笔能为全人类所共享的弘大工业，但应付棉花基因库的多样性和各棉种间的互相干系还知之甚少。”论文怪异做者、爱荷华州立大学教授Jonathan F. Wendel正在承受《中国科学报》采访时说。
Jonathan F. Wendel是寰球停行野生棉花聚集和棉花进化钻研方面的知名专家，他取美国农业部做物种量资源钻研核心一起，为那项钻研供给了大质的棉花种量资源。
美国农业部做物种量资源钻研中内心间的各种棉花。 袁道军供图
“咱们筛选了643份具有宽泛代表性的陆地棉和海岛棉，此中352份是野生型和农家种，会合那么多野生型和农家种的资源钻研，正在那之前是没有的。”论文第一做者和怪异通讯做者、华中农业大学副教授袁道军讲述《中国科学报》。
课题组给取PCR-free的建库办法，操做二代测序平台illumina测序，共与得42Tb的干脏碱基。那个名目取前人的钻研另有一个差异，袁道军引见，目前已颁发的棉花重测序的测序深度正常为5倍摆布，“咱们均匀每个样原有效测序深度高达23倍，那样的高测序深度可以检测出更多、更牢靠的数据，未来可以更好地效劳于棉花驯化钻研，真现根原数据和资源的共享”。
“那是寰球初度宽泛聚集高出野生到驯化间断体的代表性种量资源，也是第一个开释如此高倍数的高量质基因组资源，是目前棉花基因组资源钻研一次性开释最多的名目。”论文怪异通讯做者、美国农业部做物种量资源钻研核心主任Joshua A. Udall正在承受《中国科学报》采访时默示，“那种更完全、更宽泛的与样，以及更深刻的基因组测序，让咱们能够阐明获得很多迄今为行没有与得的见解。”
构建系统发作树，确立驯化途径
钻研人员整折已开释的棉花深度重测序数据，颠终全方位挑选，糊口生涯了1024份异源四倍体棉花资料用于后续深刻阐明。
为了摸索棉花种内和种间的群体构造和多样性，他们正在7个异源四倍体棉种中共检测出53.7Mb高量质的单碱基多态性位点（SNPs）和5.9Mb的短插入缺失位点。
“人工选择都是糊口生涯咱们认为‘好’的东西，比如只关注纤维产质，有些抗性基因等因而而损失，那样就会招致棉花的遗传多样性下降。”袁道军默示，与得遗传位点的信息，可以更深层地会商驯化遗传的机理。
有了那些SNPs信息，他们乐成构建异源四倍体棉种的系统发作树，质化了7个异源四倍体棉种的遗传多样性及种间的群体分化程度。通过对遗传多样性的阐明，就可以晓得人工选择后哪些多样性损失，并确定了一些人工驯化和遗传改良的区间，为后续育种供给辅导。
通过对主成分、群体构造和系统发作树停行片面阐明，课题组确立了陆地棉和海岛棉的亚群分类，从而片面勾绘出两个棉种的来源、驯化和遗传改良的途径。
“两个棉种都来源于相当狭窄的本生栖身地。”Jonathan F. Wendel说，陆地棉本产于朱西哥尤卡坦半岛北局部散的沿海地区，而海岛棉本产于南美洲西北部的一个很是小的地区，可能是秘鲁和厄瓜多尔。
约莫8000年（海岛棉）到4000年（陆地棉）前，那两个物种被人类驯化。Jonathan F. Wendel引见，从这时起的几多千年里，它们初步被种植，笼罩了大局部美国亚热带干旱地区。正在欧洲殖民化之后，那两种动物都流传到了世界各地，如今曾经成为世界上最重要的纤维动物。
发现平止取浸透的复纯干系
目前宽泛种植的是陆地棉和海岛棉，但真际上仍是陆地棉占次要职位中央，海岛棉只占3%。这么，为什么那3%仍然存正在着？两个棉种间又有什么区别？
“陆地棉产质高、适应性强，但是纤维品量比海岛棉差；而海岛棉产质低、适应性差，但其纤维很是长，符折消费高等纺织品，所以仍然存正在。”袁道军引见，育种家正在遗传改良历程中欲望把两者劣点联结起来。
那谈何容易，两个种之间存正在“生殖断绝”，很难停行纯交。然而，有意思的是，钻研团队通过基因组测序后发现，陆地棉以前没有的基因组成分，人不知;鬼不觉间从海岛棉流传了过来。
“咱们发现两个棉种是同一个来源变乱，但独立平止驯化。而正在驯化和遗传改良历程中又互相‘纠缠’，存正在既平止又互相浸透的复纯干系。”袁道军说，究其起因，晚期可能是作做界大概人工选择招致，现代次要是因为人工介入。
风趣的是，那样的互相浸透却是分比方错误称的，亚基因组间浸透分比方错误称，物种间浸透也分比方错误称，那是很是重要的真践发现。也便是说，从陆地棉往海岛棉渐渗，取海岛棉往陆地棉渐渗，两者的轨则并纷比方样。前者是倾向比较大的片段，然后者是相对片段较小、频次更高的渐渗变乱。
正在袁道军看来，那样的互相浸透有一定的好处。“咱们发现海岛棉比较好的纤维品量渐渗到陆地棉，能协助陆地棉显著进步纤维品量。钻研浸透干系可以辅导咱们未来生长全基因组设想育种工做。”
“尽管驯化和遗传改良招致了那两个棉种的遗传多样性迷失和遗传瓶颈，但侥幸的是，有些曾经被它们之间互相渐渗的基因运动所对消。”论文怪异第一做者、爱荷华州立大学科学家Corrinne E. Grover讲述《中国科学报》。
“咱们的工做为了解棉花基因库供给了一个折法的遗传和系统发育框架，将为寻找有利基因供给信息，协助育种者完成有针对性的育种目的以及应对将来的挑战。”Joshua A. Udall说。
相关论文信息：hts://doi.org/10.1002/advs.202003634
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