近日，中國農業科學院棉花研究所/棉花生物學國家重點實驗室研究員劉方團隊聯合國內外多家研究單位在全基因組水平探討了四倍體棉種的多倍化、適應性進化與馴化，揭示了棉花多倍化及人工馴化過程的遺傳變異基礎，為其他農作物多倍化研究提供了理論基礎，為棉花育種創新提供了重要的種質資源。相關成果在線發表于《美國國家科學院院刊》（PNAS）。
多倍化是植物進化的重要機制，使得多倍體植物具有廣泛適應能力。常見的多倍體植物有六倍體小麥、四倍體棉花和馬鈴薯等。異源四倍體棉花包括陸地棉、海島棉、毛棉、黃褐棉、達爾文氏棉、艾克曼棉和斯蒂芬氏棉等7個棉種，其中前5個異源四倍體棉種的基因組序列已公布，而最新被發現命名的野生棉——艾克曼棉和斯蒂芬氏棉的基因組圖譜尚未被報道。解析艾克曼棉和斯蒂芬氏棉的基因組信息，標志著異源四倍體棉花演化拼圖的全部完成，對分析棉花多倍化及進化機制具有有重要意義。
該研究對艾克曼棉、斯蒂芬氏棉和一個陸地棉野生種系進行測序，解析了棉花多倍化及適應性進化過程中廣泛存在的基因組結構變異。結合四倍體棉種表型分化、遺傳隔離和遺傳趨同等，闡述了棉花生物多樣性和棉花馴化的遺傳基礎，發現野生棉對馴化棉種在適應性方面有較強的基因滲入。
進一步研究發現，棉花馴化過程中編碼磷酸肽結合蛋白的基因結構變異可能與纖維長度有關，烯酰輔酶Aδ異構酶3和乙烯響應因子RAP2-7可能通過調節植物激素相關的生化途徑，提高棉花非生物脅迫耐受性。
該研究結果填補了多倍體棉花系統發育研究的空白，揭示了棉花多倍化過程中的適應性進化機制，為棉花抗性和纖維品質遺傳改良提供了寶貴的遺傳材料。
該研究得到國家自然科學基金等項目資助。中棉所已畢業博士生、棉花生物學國家重點實驗室安陽工學院基地教授彭仁海為論文第一作者，劉方為總通訊作者。北京諾禾致源科技股份有限公司、美國愛荷華州立大學等多家單位參與該研究。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2208496119
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