南京農業大學國家重點實驗室聯合發表《GenomeBiology》

　　中國南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室、美國德州大學和德州A&M大學的科學家們分析了馴養的異源四倍體棉花和其4倍體和2倍體親緣植物的1200萬個差異甲基化胞嘧啶的綜合表觀基因和功能。

　　生物通報道：中國約有2000年的棉花種植歷史，是世界三大產棉國之一。長絨棉（纖維柔長）是紡高支紗的關鍵材料，高端色織、家紡等國內頂尖產品和出口的高附加值紡織品及服裝，無一例外需要使用以長絨棉為主要原料的紗線。世界上只有中國、美國和埃及出產。

　　作為紡高支紗的關鍵材料，長絨棉的培育也是幾大棉花進出口國的科研必爭之地。但是這種棉花生長期長，需要的熱量大，如何在有限的土地上收獲更多的優質棉花？如何拓展棉花的種植區域？

　　近幾十年，科學家們發現生物體的許多表征不僅由基因控制，還取決于DNA以外的過程，這些過程決定了基因的表達與否、表達時間和表達數量，研究這些過程的科學被稱作表觀遺傳學。利用表觀遺傳學手段，科學家們開辟了一種全新的植物和動物培育方法，不改變它們的基因，而是選擇性地打開和關閉基因的表達來創造新的品種。

　　多倍體是所有開花植物和部分動物的進化特征之一，可導致遺傳和表觀遺傳變異，影響基因表達和形態學。DNA甲基化變化產生的減數分裂的穩定表觀等位基因（epialleles，DNA序列相同，但DNA甲基化模式不同的等位基因），并且可通過選擇育種傳遞下去。但是，DNA甲基化和多倍體植物培育之間的關系現階段仍然撲朔迷離。

　　中國南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室、美國德州大學和德州A&M大學的科學家們分析了馴養的異源四倍體棉花和其4倍體和2倍體親緣植物的1200萬個差異甲基化胞嘧啶的綜合表觀基因和功能。

　　在這項最新研究中，研究人員鑒定了野生棉花品種和馴化棉花之間500個基因的表觀遺傳修飾。其中包括已知的一些與農藝性狀有關的基因。這些信息可以幫助育種人員開發高纖維產量、抗旱、耐熱、抗蟲害等優良品種。

　　德州大學分子生物學系教授、南京農業大學作物遺傳與種質創新國家重點實驗室的陳增建（Z. Jeffrey Chen）說：“了解這些信息將拓展我們的遺傳育種和表觀育種知識，將表觀遺傳學變化與植物開花和脅迫反應聯系起來，我們就可以重新激活馴化棉花的某些抗脅迫基因。”

　　陳教授和其同事在《Genome Biology》上報道了一系列與天然DNA甲基化有關的基因或遺傳因素的開合名單。每一種甲基化修飾途徑都為與其相對應的表觀遺傳學育種提供了重要線索。

　　棉花是世界上最大的纖維作物，150多個國家從事著棉花出口和進口工作，例如中國的新疆阿瓦提、美國烏普蘭、印度古吉拉特邦、澳大利亞昆士蘭等等。當野生品種為了適應環境變化形成雜交品種時，DNA甲基化變化也與此同時形成。本篇文章的一個關鍵發現是，使熱帶棉花適合其他生長環境的遺傳變化并非基因改變，而是表觀遺傳學改變。

　　美國和中國境內的野生棉花有一個甲基化的基因（COL2），能防止棉花在日照時間較長的夏天開花。而馴養棉花的該基因缺乏甲基化修飾，于是該基因便一直表達，使得棉花種植從此不受日照時常限制走向全球。

　　陳教授說，現代人可以用化學物質或CRISPR/Cas9等基因編輯技術來改變基因的甲基化修飾，使棉花、咖啡、土豆、香蕉、玉米、小麥和油菜的育種工作更有針對性。