我国团队绘制陆地棉进化路线图揭示结构变异关键机制为育种破局提供新路径

棉花作为重要的经济作物和战略物资,其育种发展面临严峻挑战。

当前,我国棉花种植呈现出区域化集中趋势,导致栽培品种的遗传多样性大幅下降,种质同质化现象日益突出。

与此同时,极端气候事件频繁出现,病虫害防控压力持续增大,这些因素共同制约了棉花重要农艺性状的协同改良。

在此背景下,如何从分子层面揭示棉花的进化规律,发掘种质资源中隐藏的优异基因,成为破解育种困局的关键所在。

中国农业科学院棉花研究所李付广、杨召恩研究员团队以此为切入点,利用107份陆地棉微核心种质构建了超级泛基因组,系统开展了陆地棉进化机制研究。

研究首次发现陆地棉A03至A09号染色体间存在易位事件,这一发现具有重要意义。

该易位事件对陆地棉的种群分化和区域适应性产生了显著影响,解释了不同地理位置棉花品种性状差异的遗传基础。

通过深入分析,研究团队发现野生及半野生陆地棉在驯化前经历了三个阶段的结构变异,以这些变异为标记可将陆地棉细分为32种单倍型。

令人瞩目的是,现代栽培棉仅源于其中一个单倍型,这充分说明当前棉花种质的遗传基础相当狭窄,亟待拓宽。

该研究成果从基因组层面验证了中美洲与加勒比海双多样性中心假说,重新梳理了陆地棉的驯化传播历程。

根据研究,陆地棉经历了从尤卡坦半岛起源、危地马拉扩散到全球传播的三阶段演变路径。

这一发现不仅深化了人们对棉花起源和演化的认识,也为寻找优异种质提供了地理和历史线索。

在抗病育种方面,研究团队通过泛NLR家族分析,鉴定出了抗黄萎病的新位点VWD11,并揭示了NLR基因家族的演化规律。

黄萎病是棉花的毁灭性病害,该新位点的发现为培育抗病棉花品种奠定了基础。

同时,研究人员利用泛基因组构建了127个倒位图谱,通过PAV标记鉴定出69个与纤维品质相关的位点,其中62个为传统SNP标记未能检测到的新位点。

这些新位点的发现扩展了育种工作者的选择空间,特别是发现的调控纤维强度与种子大小的多效基因,为实现多性状协同改良提供了新的遗传资源。

该研究系统阐明了结构变异驱动陆地棉进化的内在规律,这一认识具有重要的理论价值和实践意义。

从理论层面看,它揭示了植物进化过程中结构变异的关键作用,丰富了对作物驯化机制的理解。

从实践层面看,研究成果为突破棉花育种同质化瓶颈提供了科学依据和技术工具,使育种工作者能够有针对性地挖掘和利用优异种质资源,创制具有新性状的棉花品种。

从揭示进化密码到破解育种困局,这项研究不仅为棉花产业可持续发展注入科技动能,更启示我们:保障粮食安全与农业韧性,必须深耕种质资源这座"绿色矿藏"。

在全球生物育种竞争加剧的今天,中国科学家正以原创性突破,为端牢"中国饭碗"筑牢种业根基。