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我院2013届校友黄盖以共同一作在Nature Genetics上发表文章

作者:    来源:     发布日期:2018-05-09     浏览次数:

     

    2018年5月8日,国际著名期刊Nature Genetics在线发表了武汉大学朱玉贤院士团队和中国农科院棉花研究所李付广所长团队,杜雄明课题组,北京大学及中国农科院农业基因组研究所合作完成的题为“Resequencing of 243 diploid cotton accessions based on an updated A genome identifies the genetic basis of key agronomic traits”的研究论文,该文利用三代测序技术PacBio并辅助Hi-C技术,对二倍体棉花亚洲棉基因组进行了升级,在此基础上对243份二倍体亚洲棉和草棉进行了重测序,对中国境内的亚洲棉种质资源的11个重要的农艺性状进行了历时2年的田间性状调查,结合GWAS和QTL技术鉴定了与种子油含量、抗病能力、棉纤维发育等相关的调的是,朱玉贤院士及中棉所自2012年合作解析了二倍体D基因组雷蒙德氏棉(Nature Genetics, 2012),二倍体A基因组亚洲棉(Nature Genetics, 2014),异源四倍体AD基因组陆地棉(Nature Biotechnology, 2015)。最新的棉花功能基因组和变异组的工作是在棉花基因组基础上的延伸。

    相比较于之前公布的亚洲棉基因组,利用三代测序更新的亚洲棉基因组在质量上有明显的提升。基于高质量的基因组对230个亚洲棉群体和13个草棉群体进行重测序,获得包含17,883,108 SNPs和2,470,515 插入或者缺失的基因组变异图谱,利用SNP构建了系统发育树和群体结构,结果显示:其一,草棉和亚洲棉群体具有明显差异;其二,中国的亚洲棉最开始分布于中国南方,后续才被引入到黄河流域和长江流域。中国南北显著的气候差异使不同区域的棉花群体的一些性状具有明显的地域分布特征,例如,抗枯萎病能力,单株果节数,棉铃重量,开花时间等。

    研究团队对棉花种子油的GWAS分析定位到酮脂酰基载体蛋白合成酶基因GaKASIII的第8个外显子上,该突变位点(TGT到CGT)引起半胱氨酸Cys到精氨酸Arg的替换,导致了棉花种子油C16:0 and C16:1脂肪酸含量的变化。研究团队对棉花抗枯萎病的GWAS分析定位到谷胱甘肽转移酶GaGSTF9基因的启动子上,通过抑制该基因的表达使抗病的品种表现出易感病的性状,这充分说明了GaGSTF9基因负责调控了棉花抗枯萎病的性状。同时研究发现棉花抗枯萎病性状受到了地域选择影响,黄河流域和长江流域的亚洲棉普遍都表现出抗棉花枯萎病的性状,而长江流域以南的亚洲棉表现出易感病的性状。

    棉花纤维发育研究一直是棉花领域研究的热点,研究团队利用遗传杂交手段发现无毛棉花品种与有毛棉花品种杂交得到的F1代均表现为无毛性状,得到的F2代有毛与无毛的性状分离比表现为1:3,这表明在亚洲棉花群体内有一个显性位点控制了棉纤维的起始。令人兴奋的是,对控制棉花纤维性状的GWAS分析定位区间与利用QTL-seq得到的QTL区间高度吻合,该区间位于8号染色体的一个约600 kb区间,这个新区间的发现为棉花纤维育种提供了新的思路。

    该篇研究文章的系列成果为棉花遗传研究和分子育种奠定了科研基础,加深了我们对中国亚洲棉群体进化的认识,为将二倍体棉花优良抗逆性状导入广泛种植四倍体棉花奠定了重要的遗传基础,同时也会加快棉花育种进程。特别指出的是,自2012年至今,棉花基因组及功能基因组领域共发表1篇Nature,5篇Nature Genetics和2篇Nature Biotechnology,除那篇Nature论文之外都是由中国科学家主导完成的,表明我国棉花领域的研究在国际上具有举足轻重的地位。

    中国农科院棉花所杜雄明研究员、北京大学博士黄盖、中国农科院棉花所博士何守朴、杨召恩、孙高飞、马雄风及中国农科院基因组所李楠为该论文的共同第一作者。武汉大学朱玉贤院士、中棉所李付广所长、中国农科院基因组所林涛博士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目和科技部、农业部、农科院及广东省领军人才项目支出与资助。

校友信息:黄盖,男,我院2013届生物科学本科毕业生,后保送至北京大学攻读博士,师从朱玉贤院士。

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