2025年3月17日，中国农业科学院棉花研究所马雄风研究员团队成功构建了陆地棉主栽品种“中棉113”的端粒到端粒基因组图谱，并利用该基因组揭示了陆地棉的着丝粒演化和短季适应性遗传基础。相关研究成果以“A telomere-to-telomere genome assembly of cotton provides insights into centromere evolution and short-season adaptation”为题在线发表在国际专业期刊《自然·遗传学（Nature Genetics）》上。

棉花是重要的经济作物和纺织工业原料。以新疆为主的西北内陆棉区是我国最大的产棉区，对保障我国原棉供给和棉花产业高质量发展至关重要。但该区部分棉区热量条件差、无霜期短，生产上迫切需要既高产、优质又早熟的棉花品种，而早熟性、品质、产量等性状通常相互拮抗，协同提升难度很大，是制约新疆棉花生产的瓶颈。为此，研究团队创新棉花早熟育种策略，通过分子聚合育种技术，育成早熟、优质、高衣分、高产新品种中棉113，实现了多个性状的协同改良。该品种连续3年成为农业农村部主推品种，自从2022年起推广面积持续居全国常规棉主要品种第三位，在推动新疆棉业的发展中发挥了积极作用。尽管陆地棉参考基因组已被多次组装，但生产品种的基因组组装中仍存在大量缺口，尤其是着丝粒、端粒和核仁组织区等复杂重复区域的解析不足，制约了对目标农业性状的精准遗传解析。

本研究运用PacBio HiFi、ONT超长读长测序、Hi-C和Bionano等先进技术，成功组装了首个陆地棉生产品种的端粒到端粒基因组图谱，连续性和完整性得到显著提升，为陆地棉基因组研究提供了更为精确的参考。对全部26条染色体着丝粒的准确定位和序列分析发现，区别于其他典型陆地棉着丝粒的反转录转座子构成，D08染色体着丝粒（D08CEN）呈现独特特征，高度富集单体长度194 bp的串联重复序列；相对于其他异源四倍体棉种以及二倍体祖先种中仍保留的富集转座子类型的祖先态D08着丝粒，陆地棉中发生了特异性的着丝粒位移和构成序列替换，这一发现为棉花着丝粒的功能及其演化机制研究提供了独特视角。该研究的另一个创新发现是鉴定出D03染色体上的一个与开花时间相关的特定单倍型，证实其是在早期驯化过程中通过跨着丝粒的倒位变异固定下来，并与陆地棉早熟性密切相关。研究结果为陆地棉短季适应机制提供了新的见解。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金与新疆维吾尔自治区天山创新团队等项目的资助。中国农业科学院棉花研究所为第一单位和通讯单位；共同参加单位包括中国农业科学院农业基因组研究所、郑州大学、中国农业科学院西部农业研究中心、南通大学、甘肃农业大学和美国爱荷华州立大学。中棉所棉花资源创新与育种课题组马雄风研究员为通讯作者；胡冠菁研究员、王振玉博士、田尊哲博士、王凯教授、季高翔博士、王星星博士、张先亮副研究员和杨召恩研究员为论文第一作者。美国爱荷华州立大学Jonathan F. Wendel 院士和Corrinne E. Grover教授、基因组所的潘玮华研究员和武志强研究员、甘肃农业大学宿俊吉教授、中棉所何守朴研究员等对本研究做出了重要指导。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41588-025-02130-4

D08染色体着丝粒演化动态