浙大學者新發現 未來棉花的“質”與“量”或可兼得

               棉花是世界最大的纖維作物和紡織工業原料。棉紡織品具有優越的透氣性、舒適性、保暖性，深受人們的喜愛。目前被人類馴化的四倍體棉花有陸地棉和海島棉。陸地棉產量高，纖維好，適應性廣，產量=占世界棉花總產的90%以上。長、強、細，光滑有色澤的海島棉又稱長絨棉是國際奢侈品的主要紡織材料，產量低，僅能在新疆、埃及、美國亞利桑那州等少數干旱地區種植，因此價格昂貴。


科研人員一直努力想把兩者“魚與熊掌”的優勢綜合起來，培育出既高產、適應性廣同時纖維更長、更強、更細的棉花品種，而這需要我們對陸地棉和海島棉在產量、品質和適應性差異形成的遺傳基礎有更深入的了解。


近日，《自然遺傳學》(Nature Genetics)在線發表了浙大農學院張天真教授牽頭的一個國際團隊完成的研究論文。這項研究發現了陸地棉與海島棉的起源和種間分化的遺傳機制，揭示了陸地棉廣適性、長絨海島棉優質的遺傳基礎。


海島棉的長絨來自多出十天的“青春期”


基因測序已經是當前研究領域的重要手段，張天真團隊利用了以色列NRGene公司的DeNovoMAGIC組裝技術，結合Bionano光學圖譜、超高密度遺傳圖譜、Hi-C等輔助技術，組裝出陸地棉遺傳標準系TM-1和我國自育的海島棉品種Hai7124染色體水平基因組，基因組完整性高有利于實驗的開展。


科研人員在對海陸基因組比較分析后發現，特異基因表達、擴增和染色體結構變異是海陸馴化后分化的主要原因。其中纖維發育期間，膜轉運、糖合成、碳水化合物代謝通路等相關基因海、陸差異富集，蔗糖轉運、離子轉運、液泡轉化酶等、液泡中滲透物質調節等調控細胞伸長相關基因在海島棉纖維發育中的表達持續時間遠長于陸地棉，是長絨“奢侈棉”產生的主要原因。


開花后0天，10天，15天，20天，25天，30天，35天，40天，TM-1(陸地棉)和Hai7124(海島棉)胚珠上纖維在不同發育時期的動態變化


“簡單來說，我們發現海島棉的長絨，來自更長的青春期。陸地棉一般長15天停下來，但是海島棉生長時間在25天左右，研究中我們從基因層面找到了具體原因。”張天真說。


陸地棉的不嬌氣源自不懼冷熱


陸地棉與海島棉另一個區別在于對成長環境的要求，已有的研究中，科研人員已經發現陸地棉苗期耐低溫還耐高溫。這次，科研人員在對基因圖譜的分析中發現，對冷熱不敏感的基因。


陸地棉中有更多的乙烯、ABA信號調控的基因被激活，調控對冷、熱等逆境響應，這可能與陸地棉的廣適性密切相關。A01染色體陸地棉大片段序列的漸滲分析發現，確實存在中亞型或新疆型海島棉。


張天真介紹，從基因層面找到海島棉與陸地棉的差異，對未來培育具有高產、纖維優良、適應性強的棉花新品種提供了有力的理論支持。