“深度”探寻棉花的秘密

2021-04-12 15:19:36 信息来源:网络
  棉花是一种非常重要的天然纺织纤维,但事实上,今天的棉花与它的"祖先"有很大的不同,并且发生了许多变化。例如,种子不再休眠,纤维变得更长更白,光周期敏感性丧失。
  这些表型性状变化的原因是什么?在人工驯化和遗传改良过程中,选择或丢弃了哪些棉花基因组?科学界一直在寻找答案。然而,由于缺乏种质资源和野生型及农场物种的基因组遗传信息,很难准确地分析棉花驯化改良的深层遗传机制,这也是制约棉花品种改良的瓶颈之一。
  为解决这一问题,华中农业大学棉花小组与爱荷华州大学和美国农业部合作,开展了研究并取得了重要成果,不仅丰富了棉花遗传信息资源,揭示了棉花驯化选择的遗传变异规律和机理,而且为进一步开发新种质资源和更有效地改良棉花品种提供了理论依据和指导。相关成果最近在"高级科学"杂志上发表。
  更深层次的排序和更丰富的资源
  棉花是天然可再生纤维、食用油和蛋白质的重要来源,是世界上重要的经济作物之一。目前,世界上有两种广泛种植的棉花品种--陆地棉和海岛棉,它们都是异四倍体棉种,占世界纤维产量的97%以上。
  基因池资源与农业发展和粮食安全密切相关,是全人类可以分享的巨大财富,但对于棉花基因库的多样性和棉花品种之间的关系知之甚少。"这篇论文的合著者、爱荷华大学教授乔纳丹·F·温德尔(JonathanF.Wendel)在接受"中国科学杂志"(China Science Journal)采访时说。
  温德尔是世界上著名的野生棉花采集和棉花进化研究专家。他与美国农业部作物资源研究中心合作,为这项研究提供了大量的棉花种质资源。
  美国农业部作物胚芽资源研究中心"中的各种棉花。袁道君的供应图
  我们选择了643种具有广泛代表性的陆地和海岛棉,其中352种是野生的和农场的,没有资源集中于如此多的野生和农场物种。"这篇论文的主要作者、华中农业大学的合著者兼副教授袁道军告诉"中国科学杂志"(China Journal Of Science)。
  用无聚合酶链反应的数据库建立方法和Illumina测序平台获得42 Tb的干净碱基,该项目不同于以往的研究。袁大军说,目前发表的棉花测序深度一般为5倍左右,"我们的平均有效测序深度高达23倍,这样高的测序深度可以检测到越来越多可靠的数据,更好地服务于棉花驯化研究,实现今后基本数据和资源的共享。
  这是世界上第一次从野生到驯化连续统广泛收集具有代表性的遗传资源,也是第一个发布如此高倍数的高质量基因组资源的项目,这是目前棉花基因组资源一次性释放的最大一次。这种更全面、更广泛的取样以及更深入的基因组测序,使我们能够分析许多迄今尚未获得的见解,"USDA作物资源研究中心的共同作者兼主任JoShuaA.Udall告诉"中国科学杂志"。
  构建系统进化树建立驯化路径
  研究人员整合了公布的棉花深度重新排序数据,并保留了1024份异源四倍体棉花材料,用于全方位筛选后的后续深度分析。
  为了探讨棉花种内和种间的群体结构和多样性,在7个异源四倍体棉种中检测到了53.7Mb的高质量单碱基多态性(SNPs)和5.9Mb短插入缺失位点。
  人工选择保留了我们认为是‘好’的东西,例如只关注纤维生产和一些抗性基因的丧失,这可能导致棉花遗传多样性的下降。"袁道君说,获取遗传位点的信息可以更深入地探索驯化遗传的机制。
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