中国科学家完成二倍体棉花雷蒙德氏棉基因组测序

 

棉花，也被称为“白金”，是全球一种重要的商品作物。棉花纤维是人类种植的最古老的纤维之一，可从考古遗址追溯至7,000多年前。棉花生产为大约1亿家庭提供了经济收入，约有150个国家参与棉花的进出口。此外，在科学研究中，棉花还可作为研究多倍体化、细胞伸长和细胞壁生物合成的一个极好的模型系统。

 

在这篇文章中，研究人员利用新一代测序技术对雷蒙德氏棉基因组进行了测序，生成了103.6倍基因组覆盖度的棉花基因组草图。超过73%的组装序列被锚定在13条雷蒙德氏棉染色体上。他们在雷蒙德氏棉基因组中确定了总共2,355个保守块，大约有40%的平行基因存在于超过1个保守块中，表明在进化过程中基因组经历了重要的染色体重排。

 

通过综合比对和分析，研究人员发现大约1300万年前雷蒙德氏基因组中发生了一次六倍体化（paleohexaploidization）事件，这种事件通常存在于双子叶植物中。他们还发现了支持约1300-2000万年前棉花特异性全基因组复制事件的证据。

 

众所周知，棉花可以生成一组独特的萜类化合物，如棉酚。棉花生成的棉酚和相关倍半萜类物质在色素腺体中累积可抵御病原体和食草动物。大部分的棉花倍半萜类物质都来源于棉酚生物合成过程中的(+)- δ -杜松烯合成酶（CDN）合成的一种共同的前体。通过系统进化分析雷蒙德氏棉和8种其他的测序植物基因组，他们发现棉花和可可树（Theobroma cacao）可能是目前测序植物物种中，唯一具有真正的棉酚生物合成功能CDN1基因家族的物种。

 

此外，将生成纤维的陆地棉(G.hirsutum）与无纤维的雷蒙德氏棉进行转录组对比证实有三种合成酶对于棉花纤维形成至关重要，它们分别是蔗糖合成酶（Sus）、β-酮脂酰-CoA 合酶( KCS)、ACC 氧化酶（ACO）。同时，MYB 和bHLH转录因子优先表达于纤维中或可用于解释负责控制纤维形成和早期细胞生长的分子机制。

 

深圳华大基因研究院的项目负责人王志文表示：“雷蒙德氏棉基因组图谱的完成为加速诸如陆地棉(G.hirsutum）和海岛棉（G. barbadense）等四倍体棉花的基因组研究提供了很好的参考。它也将为研究人员全面探索棉花纤维形成、棉酚合成和抵抗病原体和食草动物等的基础遗传机制，进一步提高棉花质量和产量奠定了坚实的基础。”