棉花是重要的經(jīng)濟作物，也是紡織工業(yè)的主導原料，在世界及我國國民經(jīng)濟中占重要地位。隨著植物基因組計劃的不斷發(fā)展，對作物進行分子設(shè)計和基因工程改良是21世紀植物科學領(lǐng)域中的重要課題。目前，國內(nèi)外研究人員在棉花遺傳育種工作中取得了一定的進展。

      五月二十四日，南京農(nóng)業(yè)大學作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點實驗室、教育部雜交棉創(chuàng)制工程研究中心一項棉花遺傳育種研究成果，刊登在期刊《Genome Biology》，題為“Sequence-based ultra-dense genetic and physical maps reveal structural variations of allopolyploid cotton genomes"。在這項研究中，研究人員利用新一代測序和SNP基因分型方法，構(gòu)建了四倍體棉花的高密度遺傳圖譜，并表征了四倍體棉花基因組的結(jié)構(gòu)變異。

      本論文通訊作者張?zhí)煺娼淌?，現(xiàn)任南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院副院長，“作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新"國家重點實驗室主任。其1992年在南京農(nóng)大獲遺傳育種專業(yè)博士學位，曾在德國、美國從事博士后研究和訪問學者，主要從事棉花基因組研究，曾獲2003年國家科技進步二等獎。擁有國家授權(quán)4項。成功選育出南農(nóng)系列轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉和高優(yōu)勢雜交種，并在長江流域1500萬畝棉區(qū)推廣，產(chǎn)生經(jīng)濟效益30多億元。在植物育種雜志Euphytica、Plant Breeding、美國的Crop Science以及國內(nèi)核心刊物上發(fā)表作物遺傳育種論文80多篇。

      SNPs（單核苷酸多態(tài)性）是zui豐富的多態(tài)性類型，并已在許多作物基因組研究中進行過不斷的探索，包括水稻和玉米。由于其復雜性和多倍體，異源四倍體棉花基因組的SNP研究，已經(jīng)落后于其他作物。在這項研究中，研究人員采用新一代測序和有效的SNP基因分型方法，檢測了多倍體棉花全基因組SNP，并用來構(gòu)建連鎖圖譜和表征基因組的結(jié)構(gòu)變化。

      該研究小組構(gòu)建了一幅高密度種間遺傳圖譜，包括4，999，048個SNP位點，不均勻地分布在26個異源四倍體棉花連鎖群中，覆蓋4，042 cM。研究小組通過對照組裝草圖序列和遺傳圖譜，在棉花基因組中確定了重組率和突變熱點。利用這一圖譜，研究人員通過將公共可用的雷蒙德氏棉（G. raimondii）基因組信息與熒光原位雜交分析相結(jié)合，確定了四倍體棉花的基因組重排和著絲粒區(qū)域。

      總而言之，這項研究報道了測序后基因分型法，用來確定陸地棉（G. hirsutum）和海島棉（G. barbadense）之間上百萬個SNPs。研究人員構(gòu)建并利用一幅高密度SNP圖譜，來糾正序列錯誤組裝，將scaffolds合并成與染色體一致的pseudomolecules，檢測基因組重排，并確定異源四倍體棉花中的著絲粒區(qū)域。

      該研究發(fā)現(xiàn)，四倍體棉花的著絲粒逆轉(zhuǎn)錄因子序列，來源于D亞基因組祖先，可能在異源四倍體形成之后侵入了A亞基因組著絲粒。本研究對于棉花的遺傳研究和育種，提供了一份寶貴的基因組資源。