CGM第453期：二倍体和四倍体棉花基因组趋同与分化的遗传基础
华中农业大学
2019年博士毕业于华中农业大学作物遗传育种专业，现为作物遗传改良全国重点实验室博士后和Research Associate ，主要从事植物系统基因组学与生物技术研究。近年来，剖析了棉花再生的分子机制和基因编辑脱靶效应；解析了棉属物种进化历史和纤维演化的基因组学基础；揭示了二倍体和四倍体基因组结构演化和纤维品质差异的遗传基础。研究成果以第一或通讯作者发表在Nature Genetics (2022, 2024), Molecular Biology & Evolution (2021), Genome Biology (2021), Plant Biotechnology Journal (2016, 2019a, 2019b), BMC Biology (2024)等杂志。曾入选中国科协青年人才托举工程，中国作物学会优秀博士论文。
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在 Bilibili 打开完整回放 ↗棉花（Gossypium spp.）作为重要的天然纺织纤维作物，是研究多倍化的理想模型。异源四倍体棉花（AD基因组）起源于约150万年前高度分化的A基因组和D基因组的天然杂交和基因组加倍事件，其代表物种有美洲的G. raimondii（D5）和亚洲的G. arboreum（A2）。A2棉花的驯化历史可追溯至印度次大陆数千年前，并于1000年前传入中国。陆地棉（AD1）野生种Yucatanense通过自然选择和驯化成7个半野生地理种系，塑造了广泛的生态适应性和表型变异。尽管通过对二倍体（亚洲棉）和四倍体（陆地棉）群体的遗传学分析已经鉴定出与纤维产量和品质相关的遗传位点，但关于多倍化造成基因组结构的差异及对农艺性状的贡献未充分解析。
本研究精细组装了15份亚洲棉和35份陆地棉基因组，分别构建了基因和结构变异的泛基因组。发现了不同地理种系半野生种渗入栽培种形成了镶嵌的基因组结构，确定了阔叶棉是陆地棉栽培种最近的半野生种系，解释了优异农艺性状的遗传位点来源。首次提出二倍体与四倍体图形泛基因组的比较方法，明确了多倍化后两个亚基因组相对二倍体祖先种基因组呈现趋同演化特征。结合大规模纤维发育群体转录组和泛基因组分析，鉴定了两种倍性水平间纤维品质调控共同位点和分歧模块。进一步发现亚洲棉和陆地棉在育种选择下仅有6个纤维品质平行选择位点，大多数控制纤维品质遗传位点在亚洲棉和陆地棉是独立存在的，为未来利用亚洲棉中特异的优异变异改良陆地棉纤维品质提供了靶点。本研究为其他不同种间植物泛基因组比较和同一性状形成的遗传调控研究提供了参考，推动了种间靶向渗入开辟棉花生物育种优异遗传资源精准创制的新途径。
参考文献
- Li Jianying, Liu Zhenping, You Chunyuan, Qi Zhengyang, You Jiaqi, Grover Corrinne E., Long Yuexuan, Huang Xianhui, Lu Sifan, Wang Yuejin, Zhang Sainan, Wang Yawen, Bai Ruizhe, Zhang Mengke, Jin Shuangxia, Nie Xinhui, Wendel Jonathan F., Zhang Xianlong, Wang Maojun. Convergence and divergence of diploid and tetraploid cotton genomes. Nature Genetics. 2024;56(11):2562-2573. DOI: 10.1038/s41588-024-01964-8
- Li Jianying, Yuan Daojun, Wang Pengcheng, Wang Qiongqiong, Sun Mengling, Liu Zhenping, Si Huan, Xu Zhongping, Ma Yizan, Zhang Boyang, Pei Liuling, Tu Lili, Zhu Longfu, Chen Ling-Ling, Lindsey Keith, Zhang Xianlong, Jin Shuangxia, Wang Maojun. Cotton pan-genome retrieves the lost sequences and genes during domestication and selection. Genome Biology. 2021;22(1):119. DOI: 10.1186/s13059-021-02351-w
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