利用PacBioRS繪制出棉花四倍體栽培種的參考基因組

　　來自華中農業大學棉花遺傳改良團隊的研究人員發表了題為“Referencegenome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypiumhirsutum and Gossypium barbadense”的文章，介紹了整合多種方法組裝得到的異源四倍體栽培種陸地棉和海島棉的參考基因組序列，為棉花基因組進化和功能基因研究提供了重要參考，對基于基因組的棉花遺傳改良具有重要指導作用。

　　這一研究成果公布在12月3日的Nature Genetics雜志上，文章通訊作者為張獻龍教授、林忠旭教授，美國愛荷華州立大學的JoshuaA. Udall教授和英國杜倫大學的Keith Lindsey教授。第一作者為王茂軍博士、涂禮莉教授和袁道軍副教授。

　　棉花共有四個栽培種，兩個二倍體栽培種生產上已不再使用，生產上主要使用的是兩個四倍體栽培種，陸地棉和海島棉。陸地棉是棉花的主要栽培種，其產量高，適應性強。海島棉的產量低，栽培區域性強，但是其纖維品質比陸地棉優。

　　將海島棉中控制優異纖維品質的遺傳片段導入到陸地棉，改良陸地棉的纖維品質，是華中農業大學棉花遺傳改良團隊長期堅持的目標。盡管已從海島棉中克隆了一系列功能基因，但這兩個棉花基因組存在什么樣的差異，究竟哪些基因組片段控制海島棉優異纖維品質的形成等仍不清楚。雖然兩個棉花的基因組草圖已經發表，但是由于組裝質量和完整性不高，很難直接從全基因組水平進行比較。

　　為了得到精細的基因組序列，該研究利用第三代測序技術（PacBioRS II），BioNano光學圖譜技術和染色質高級結構捕獲技術（Hi-C）進行聯合組裝。與以前發表的基因組草圖相比，該項研究組裝的基因組序列在連續性和完整性上有極大提高（陸地棉基因組的連續性提高了55倍，海島棉基因組提高了90倍）。該研究成功組裝了高度重復的基因組區域，例如著絲粒。

　　研究人員通過比較兩個棉花四倍體種的基因組，發現二者存在大量的結構變異。通過與二倍體棉花進行比較，發現很多結構變異來自于棉花基因組的異源多倍化事件之后。

　　值得注意的是，該研究發現兩個棉花種的14對染色體之間存在染色體臂內和臂間的大片段倒位現象。

　　為了將這些基因組變異應用到棉花纖維的遺傳改良中，研究人員對陸地棉和海島棉之間的遺傳導入系材料進行基因組分析，鑒定了13個控制纖維品質的遺傳位點。同時，結合纖維發育的轉錄組數據，探究了這些遺傳位點的表達調控機制。該研究對導入系材料的分析為今后通過海島棉改良陸地棉的種間漸滲育種提供了參考。