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本报讯（记者李晨）近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室教授张献龙团队，通过棉属泛基因组和泛三维基因组研究，阐明了转座子驱动基因组大小变化和染色质高级结构重塑之间的演化关系，并结合群体遗传研究揭示了纤维品质演化的基因组基础，为利用野生棉花种质资源改良栽培种提供了理论支撑。相关研究以封面文章形式发表于《自然-遗传学》。
棉花是重要的经济作物之一。棉属已经发现有52个种，其基因组包括8个二倍体类型（45个种）和1个AD异源四倍体类型（7个种）。由于长期的驯化和育种选择，栽培种棉花的遗传多态性逐渐降低，亟须从野生棉中鉴定未被利用的优异基因，拓宽育种可用的基因资源。
该研究结合多种基因组学技术构建了棉属泛基因组，通过比较不同棉种基因组，阐明了棉属的演化历史：所有二倍体棉种在500万年前开始发生物种分化。
通过与棉花的近缘物种叉柱棉进行比较分析，研究人员发现转座子元件在棉花与叉柱棉分化后，发生了大规模扩增，导致了基因组大小的不均等扩增，揭示了为什么棉属各基因组呈现至少三倍大小的变化。
该研究构建了棉属的泛三维基因组图谱，发现结构变异、转座子插入和染色质开放程度变化驱动了非编码调控元件与同源基因之间调控网络的演化，为棉花中非编码调控区的结构和功能研究提供了丰富资源。
进一步研究发现，基因组结构变异对纤维品质性状有影响。该研究对216份亚洲棉材料组成的群体进行纤维发育5个时间点的1005份转录组研究，鉴定了引起材料间基因差异表达的遗传调控位点，解析了纤维长度变化的遗传基础。
通过整合泛基因组、泛三维基因组、群体遗传等数据，该研究揭开了棉花纤维性状“从无到有”演化的基因组基础，探讨了纤维伸长相关基因在不同棉种中的序列变异和表达模式变化，发现SGNH基因的拷贝数变异和调控演化与不同棉种纤维品质的差异相关。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41588-022-01237-2
