中国学者揭示棉花A基因的起源

来源：iNature

尽管最近努力对棉花基因组进行测序，包括雷蒙氏棉（D5），（AD）1和Barbadense Gossypium barbadens，（AD）2-A基因组供体的起源历史和A基因组之间的差异程度仍然难以捉摸。

2020年4月13日，武汉大学朱玉贤及及美国农业部农业研究局John Z.Yu共同通讯在Nature Genetics 在线发表题为“Genome sequence of Gossypium herbaceum and genome updates of Gossypium arboreum and Gossypium hirsutum provide insights into cotton A-genome evolution”的研究论文，该研究首次组装了A1品种africanum，并在PacBio长读的基础上，重新组装了高质量的A2品种Shixiya1和TM-1基因组。在组装和更新棉花基因组后，该研究揭示了棉花A基因组的起源。

该研究证明了所有现有的A基因组都可能起源于一个共同的祖先。A0，与A1在系统发育上的相关性高于A2。此外，显示出异源四倍体形成先于A1和A2的形成。两种A基因组都是独立进化的，没有祖先与后代的关系。基因区域中丰富的物种特异性结构变异改变了许多重要基因的表达，这可能导致（AD）1中纤维细胞的改善。该研究发现解决了围绕A基因组起源的现有争议概念，并为棉花遗传改良提供了宝贵的基因组资源。

另外，iNature整理了近几年的棉花大基因组测序文章，我们发现，中国学者突破性的贡献了10篇：8篇Nature Genetics（包括今天的1篇） 及2篇Nature Biotechnology 文章（点击阅读）。

棉花属共包括46个二倍体棉种和5个四倍体棉种, 所有的二倍体棉花物种均可能由1个共同的祖先进化而来, 随后分化为8个基因组, 包括A、B、C、D、E、F、G和K, 而所有的四倍体棉花种均是由A基因组亚洲棉和D基因组雷蒙德氏棉进行种间杂交加倍形成。

旧世界A基因组祖先和新世界D基因组祖先之间的杂交，然后染色体加倍，形成了大约1-2亿年前（Ma）的同种多倍体棉。关于广泛种植的异源四倍体棉花G. hirsutum的实际A基因组供体的不确定性持续存在。分别被称为非洲棉和亚洲棉的A1（n = xx = 13）和A2（n = xx = 13）是世界上仅有的两个二倍体A基因组物种。

Stephens首先使用遗传学和形态学证据在Nature上提出，A2是当今同种多倍体棉花的A基因组供体。Gerstel 通过细胞遗传学研究认为，同种多倍体中A1与A基因组的关系比A2更紧密。尽管最近努力对棉花基因组进行测序，包括雷蒙氏棉（D5），（AD）1和Barbadense Gossypium barbadens，（AD）2-A基因组供体的起源历史和A基因组之间的差异程度仍然难以捉摸。大量研究支持类似D5的棉属物种作为D基因组供体，但目前尚无确凿证据表明四倍体棉的实际A基因组供体是A2或A1。

在这项研究中，首次组装了A1品种africanum，并在PacBio长读的基础上，重新组装了高质量的A2品种Shixiya1和TM-1基因组。在组装和更新棉花基因组后，该研究揭示了棉花A基因组的起源。此外，该研究发现了丰富的结构变异（SV），这些变异已影响邻近基因的表达，并有助于解释棉花品种之间的表型差异。

该研究证明了所有现有的A基因组都可能起源于一个共同的祖先。 A0，与A1在系统发育上的相关性高于A2。此外，显示出异源四倍体形成先于A1和A2的形成。两种A基因组都是独立进化的，没有祖先与后代的关系。基因区域中丰富的物种特异性结构变异改变了许多重要基因的表达，这可能导致（AD）1中纤维细胞的改善。该研究发现解决了围绕A基因组起源的现有争议概念，并为棉花遗传改良提供了宝贵的基因组资源。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41588-020-0607-4