棉花“祖先”之一已灭绝？起源之争“尘埃落定”

 
 
棉花“祖先”之一已灭绝？起源之争“尘埃落定”  
——科学家揭示棉花基因组进化历程  

 

图片来源：武汉高等研究院官网

 

 

 

我国是全球最大的棉花生产国，年均棉花产量占全球产量的24.4%，单产高于全球平均水平的一倍。与此同时，我国也是全球最大的棉花进口国之一，且近年来进口量愈发增大。

 

“随着人们生活水平和品质的提高，对高品质棉纺织品的需求量也越来越大，但与国外相比，我国棉花的品质还不够好。因此，提高棉花品质，是我国棉花研究中非常重要的课题。”中国科学院院士、武汉大学高等研究院院长朱玉贤告诉《中国科学报》。

 

近日，朱玉贤团队解析了世界上首个高精度的草棉参考基因组，解决了困扰已久的棉花A基因组进化起源问题，为棉花遗传改良提供了宝贵的基因组资源，将加快培育高产优质的棉花新品种的进程。相关研究成果发表于《自然—遗传学》。

 

棉花起源之争 

 

棉花是由一根根细小的纤维组成，其中，棉纤维长度是判断棉花品质的重要指标之一，纤维越长，品质越好。

 

朱玉贤指出，我国生产的棉花纤维平均长度在3厘米以下，而北美产的棉花平均长度则在3厘米以上。

 

短短数毫米之差，会带来很大影响。因为，在纺织品中必须有1/3以上的棉花纤维长度大于30毫米，否则纤维之间的接头太多，生产出来的棉布品质会很差。

 

破解棉纤维生长之谜，还要从棉花的起源与进化历史谈起。

 

棉花共有四个栽培种，其中经济价值较高的是两个四倍体栽培种——陆地棉和海岛棉，它们是由A基因组和D基因组共同组成的异源四倍体AD基因组，AD基因组是由D基因组和A基因组通过自然杂交和染色体加倍而形成。已有研究表明，约95%以上的棉纤维来源于异源四倍体陆地棉（AD1基因组）。

 

从分布来看，长期从事棉花生物技术及育种应用研究、华中农业大学教授张献龙告诉《中国科学报》，A基因组二倍体棉花主要分布在亚洲和非洲、D基因组的棉花主要分布在美洲，而野生异源四倍体棉花是在美洲发现。但A和D两个基因组的祖先种如何结合形成四倍体这是棉花研究中一直未阐明的问题。过去，其一直有着单系起源和多系起源之争，

 

此外，A基因组只有1.3-1.5厘米的纤维长度，D基因组仅有像蒲公英一样0.3厘米的绒毛。“这很有趣，两个‘祖先’中都没有棉纤维，组成四倍体以后怎么就产生了3厘米以上的棉纤维呢？控制棉纤维生长发育的基因是如何存在的？”朱玉贤说。

 

草棉（A1基因组）和亚洲棉（A2基因组）为现仅存的两个二倍体A基因组，历史上为重要的栽培棉。朱玉贤希望从二倍体“祖先”中找到解锁陆地棉（AD1基因组）棉纤维基因的“钥匙”。

 

过去大量研究已形成共识，即在陆地棉（AD1基因组）中，D亚基因组供体是雷蒙德氏棉（D5基因组），但A亚基因组的供体是谁，则是未解之谜，长期处在争论之中。有学者认为是来源于A2基因组亚洲棉，也有学者认为来自A1基因组草棉。

 

供体即可把自身优良性状提供给另一个生物体的个体。