陸地棉（Gossypium hirsutum）和海島棉（Gossypium barbadense）是最主要的栽培棉種。我國陸地棉種植區域逐漸向新疆轉移，新疆也是我國唯一的大規模海島棉種植區。但新疆适宜棉花生長的季節較内地更短，棉花如何逐漸适應新疆的氣候條件值得探究。
近日77779193永利官网棉花遺傳改良團隊分别在the Plant Journal和Journal of Advanced Research上發表了兩篇研究成果。利用對代表性品種基因組測序、多年生海島棉的基因組組裝，結合陸地棉和海島棉群體的重測序數據，分别解析了陸地棉和海島棉中的結構變異及其與各自群體分化與适應性改良的關系。
基于親緣關系與在中國棉花育種曆程中的特殊地位，9個陸地棉代表性品種被用于基因組測序并組裝基因組草圖。通過比對到ZM24參考基因組，構建了陸地棉的SV集。基于對9個品種的比較基因組分析，在染色體A06、A08和D08上鑒定到6個在陸地棉中普遍存在的倒位。同時鑒定了陸地棉中的外源滲入片段，這些滲入區段在陸地棉中形成了大的單倍型區塊（haplotype block，haploblock），促進了陸地棉的群體分化，影響着陸地棉的生長、産量和纖維品質。13個haploblocks與陸地棉地理分布和适應性相關，共同驅動了陸地棉逐漸适應北方短季棉區，其中以A06上倒位形成的haploblocks最為顯著。
圖1. 陸地棉中的外源滲入區段
多年生海島棉屬于海島棉栽培種，根據每室種子是否聯接，又分為聯核木棉和離核木棉。多年生海島棉在海島棉的進化與馴化中有特殊地位，但研究較少，基因組等數據資源也公布較少。該研究完成了6個多年生海島棉基因組的重測序，并且對其中一個多年生海島棉聯核木棉（Gb_M210936）進行基因組組裝。為将多年生海島棉種質用于海島棉育種奠定了基礎。
通過對1000多份棉花材料的進化分析，發現多年生海島棉與野生-地方的海島棉有較近的親緣關系，可能直接來源于南美洲野生-地方海島棉的引種。群體結構分析結果顯示，一年生海島棉大緻可以劃分為三個亞組，其中一個亞組隻包含來自于中亞尤其是新疆的品種。通過比較Gb_M210936，3-79以及異源四倍體野生棉達爾文棉（G. darwinii），鑒定了大量的種内與種間變異，這些變異可能在海島棉進化和馴化中起着重要作用。
在海島棉中鑒定到22個主要由基因滲入和種内倒位形成的haploblocks。這些haploblock影響着海島棉的部分農藝性狀，促進了海島棉的群體分化，作為整體受到了育種選擇。D04染色體上的haploblocks與海島棉的早熟性狀和地理分布表現出最顯著的相關性，可能是驅動海島棉逐漸适應新疆棉區的主要原因。
總的來說，本研究豐富了棉花的基因組資源，鑒定了陸地棉和海島棉中的結構變異，分析了倒位與基因滲入産生的單倍型區塊對陸地棉和海島棉性狀的影響，其推動了陸地棉和海島棉在北方短季棉區的生态适應性形成。
圖2.海島棉的群體結構
華中農大作物遺傳改良全國重點實驗室林忠旭教授為the Plant Journal文章的通訊作者，林忠旭教授、袁道軍副教授和石河子大學的聶新輝教授為Journal of Advanced Research文章的共同通訊作者，已畢業博士研究生汪念為兩篇文章的第一作者，團隊帶頭人張獻龍教授參與了兩項研究，杜倫大學的Keith Lindsey教授為the Plant Journal文章提供了意見。
原文鍊接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/tpj.16041
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123223000371
文字 袁道軍
審核 林忠旭
