2021年11月22日，Theoretical and Applied Genetics雜志在線刊發了棉花遺傳改良團隊題為“A super PPR cluster for restoring fertility revealed by genetic mapping, homocap-seq and de novo assembly in cotton”的研究論文。本研究設計了一種分析棉花基因組中高度同源的PPR基因家族的測序及相應分析方法--PCR-based multiplexed homolog-capture sequencing（Homocap-seq），用于在表達和序列變異兩個維度研究棉花細胞質雄性不育恢複基因。
細胞質雄性不育（CMS）的育性恢複基因（Rf）通常是PPR（pentatricopeptide repeat）基因，它們大多位于一個具有高度相似性的PPR基因簇中。棉花基因組中PPR基因多拷貝和序列相似度高的特點增加了研究的難度。本研究應用Homocap-seq分析棉花三系材料6001A、6001B和7R13的PPR簇，發現恢複系中D05_PPR簇内成員存在廣泛差異，而其他PPR基因簇在表達和序列上無差異，推斷D05_PPR簇與育性恢複有關。而基于F2群體的遺傳定位和基于F2群體三種基因型的Homocap-seq分析同樣證實D05_PPR簇是Rf的起源。根據發現的序列變異，克隆了三個Rf候選基因，其高深度擴增子表明它們是恢複系D05_PPR簇中表達最活躍的基因。然而，進一步的轉基因實驗表明，三個候選基因都不能恢複不育系的育性。然後，通過長讀重測序，鑒定了恢複系D05中含有14個全長PPR和至少13個PPR同源序列的超大PPR簇，驗證了Homocap-seq變異和表達預測的有效性。此外，我們發現幾個PPR重複，包括3個Rf候選基因中的2個，為潛在的重要花藥發育相關基因并發生了位點特異性選擇。最後，本研究提出多個PPR共同參與不育系的育性恢複，為進一步研究恢複基因的作用機制具有重要意義。
論文中圖2. 通過Homocap-seq和群體定位D05_PPR簇中的Rf基因
另外，基于恢複系變異分析開發了恢複系特異CAPS标記并獲批國家發明專利（ZL201910027112.9），用于在生産上對恢複系的純度和真實性進行鑒定。
77779193永利官网作物遺傳改良國家重點實驗室已畢業博士生高斌為該論文的第一作者，林忠旭教授為該論文的通訊作者。嶽陽市農業科學院的任高峰和李海平研究員為本研究提供了棉花三系材料和遺傳群體。
論文鍵鍊：https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03990-0
