Plant Com | 浙江大学祝水金团队解析比克氏棉全基因组进化规律及其色素腺体和棉酚形成机制

棉属（Gossypium）具有特殊的色素腺体结构，其主要内含物棉酚在棉花病虫害抗性中起重要作用，但因其对人类和反刍动物的毒性，限制了棉籽中丰富的油分及蛋白质的利用。二倍体野生棉种比克氏棉（Gossypium bickii，G1）起源于澳大利亚，属于棉花G基因组，其具有优良的“子叶色素腺体延缓形成”性状。种子无色素腺体无棉酚，有利于充分利用棉籽资源；植株有色素腺体有棉酚，有助于保持植株对病虫害的抗性，具有重要的育种价值。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100421

2022年8月10日， Plant Communications杂志在线发表了浙江大学农业与生物技术学院祝水金团队题为A reference-grade genome assembly for Gossypium bickii and insights into its genome evolution and formation of pigment gland and gossypol 的研究论文。该文解析了具有“子叶色素腺体延缓形成”性状的二倍体野生棉种比克氏棉的全基因组序列，揭示了该棉种的进化规律，以及其色素腺体和棉酚的形成机制。

该研究运用Illumina测序、PacBio测序和Hi-C辅助组装技术进行全基因组测序和组装，获得了高质量的染色体水平比克氏棉参考基因组，大小为1,776.06 Mb（图1）。

研究发现比克氏棉基因组与同为G基因组的澳洲棉（Gossypium australe，G2）亲缘关系最近，其次是A和D基因组及其亚基因组，与可可（Theobroma cacao）基因组亲缘关系最远（图2A,B）。此外还鉴定出多个G基因组和比克氏棉基因组特有的染色体结构变异，包括G基因组5号和13号染色体上特有的两个易位片段，以及比克氏棉与澳洲棉12号和13号染色体间特有的两个倒位片段（图2C）。

对比克氏棉、澳洲棉、纳尔逊氏棉（Gossypium nelsonii，G3）和斯特提棉（Gossypium sturtianum，C1）的核基因组和叶绿体基因组进行亲缘关系分析，证实了比克氏棉“双系起源”的假说，即比克氏棉以斯特提棉的祖先种为母本，澳洲棉和纳尔逊氏棉的祖先种为父本通过杂交进化而来（图3）。

此外，该研究为进一步挖掘与比克氏棉色素腺体和棉酚的相关基因，通过转录组测序，差异表达分析并结合VIGS验证，挖掘出一个与棉酚合成相关的细胞色素P450基因GbiCYP76B6，该基因沉默后使比克氏棉棉酚含量显著下降，且该基因受GoPGF基因调控，共同作用于棉酚的合成（图4）。为培育种子无色素腺体、植株有色素腺体的新型无酚棉栽培种提供了理论基础。

综上所述，该研究成功组装了高质量的比克氏棉参考基因组，采用比较基因组学、比较转录组学和功能基因组学等方法，揭示了比克氏棉进化规律，及其色素腺体和棉酚形成机制，同时挖掘了相关的重要基因位点，为培育种子无色素腺体、植株有色素腺体的新型低酚棉栽培种提供了理论基础。

浙江大学农业与生物技术学院赵天伦特聘副研究员、陈进红教授和祝水金教授为该论文通讯作者，浙江大学农业与生物技术学院博士生盛况和孙悦，以及诺禾致源生物技术有限公司刘孟为该论文的共同第一作者，该研究得到了国家重点研发计划项目，国家棉花产业体系岗位科学家项目和江苏省现代作物生产协同创新中心的资助。

转自：植物生物技术Pbj

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