關(guān)于棉花基因組的學(xué)術(shù)文章《棉花基因組的多倍化及纖維的發(fā)育》20日在世界級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上發(fā)表,。該國(guó)際合作項(xiàng)目中方專家表示，棉花基因組測(cè)序的完成，將推動(dòng)棉花相關(guān)經(jīng)濟(jì)的規(guī)?；l(fā)展。
美國(guó),、中國(guó),、德國(guó)、以色列,、澳大利亞,、巴西、埃及,、巴基斯坦八國(guó)共70名科學(xué)家參與了這一項(xiàng)目,，該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是國(guó)際棉花研究學(xué)會(huì)主席安德魯－帕特森(AndrewH.Paterson)教授。
該文章推測(cè)稱,，該項(xiàng)目的完成將推動(dòng)棉花相關(guān)經(jīng)濟(jì)的規(guī)?；l(fā)展，世界棉田的種植面積將突破3290萬(wàn)公頃,，棉花產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到2490萬(wàn)噸,，世界棉花貿(mào)易總量將達(dá)到近400億美元。
據(jù)該項(xiàng)目中方負(fù)責(zé)人,、中國(guó)河北聯(lián)合大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)王希胤介紹,，一般地，很多現(xiàn)有植物都是二倍體的,，它們都是從父,、母各繼承一套基因組(包括多條染色體)，包括棉花和人類等,。此項(xiàng)研究分析表明,，棉花的祖先物種經(jīng)過(guò)全基因組的多倍化，一度有十套或十二套基因組,，后經(jīng)過(guò)復(fù)雜的遺傳過(guò)程,，如染色體合并和基因丟失，恢復(fù)了二倍化的遺傳特性,。
王希胤說(shuō),，此項(xiàng)研究還測(cè)得了四倍體棉花的基因組，分析表明不同的基因組之間存在廣泛的基因置換現(xiàn)象,。這一發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)認(rèn)識(shí)棉花的進(jìn)化和發(fā)育非常重要,，也對(duì)認(rèn)識(shí)其它植物的遺傳學(xué)和生物學(xué)現(xiàn)象有重要意義。
河北聯(lián)合大學(xué)副院長(zhǎng)梁英華表示,，該校從2010年開始參與這個(gè)項(xiàng)目的國(guó)際合作,，主要負(fù)責(zé)比較基因組學(xué)的研究工作。下一步,，該課題組是把與纖維產(chǎn)量,、品質(zhì)相關(guān)的基因找出來(lái),，通過(guò)雜交等技術(shù)實(shí)現(xiàn)基因改良，培育棉花新品種,，再到大田生產(chǎn),，推動(dòng)棉花經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
王希胤說(shuō),，中國(guó)是世界上最大的棉花生產(chǎn)大國(guó)和用棉國(guó),，但近年來(lái)受病毒影響造成棉花減產(chǎn)?；蚪M測(cè)序取得全部基因信息,，有助于提高棉花等農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。
無(wú)論是接收禮物的圣誕襪,，還是櫥窗里的漂亮衣服,，棉花的作用滲透在即將到來(lái)的這個(gè)節(jié)日的方方面面中，然而對(duì)于生物能源研究人員來(lái)說(shuō),，棉花纖維成分比其顏色和質(zhì)地更為重要,。
由來(lái)自31個(gè)研究機(jī)構(gòu)組成的一個(gè)國(guó)際研究小組近期完成了基因組最簡(jiǎn)單的棉花品種：Gossypium raimondii的詳細(xì)圖譜，而且他們將這一基因組與美國(guó)農(nóng)業(yè)部的幾種棉花基因組序列進(jìn)行了比對(duì),，從而追溯到了棉花在數(shù)百萬(wàn)年間的進(jìn)化過(guò)程,，這些最初是野生品種的植物如何成為了現(xiàn)在紡織品生產(chǎn)的主力軍。這項(xiàng)研究由美國(guó)能源部聯(lián)合基因組研究所（DOE JGI）領(lǐng)導(dǎo)完成,，相關(guān)成果公布在12月20日的Nature雜志上,。
送“蛋白純化填料/預(yù)裝柱”進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 PALL蛋白純化填料試用申請(qǐng)第二輪
棉花種植，加工和制造是全球主要產(chǎn)業(yè)之一,。在美國(guó),，有超過(guò)20萬(wàn)職業(yè)崗位與棉花生產(chǎn)和加工有關(guān)，占據(jù)每年美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）中約350億美元的比例,，其中棉花纖維生產(chǎn)價(jià)值約60億美元,，棉子油和食用副產(chǎn)品價(jià)值將近10億。
美國(guó)生長(zhǎng)的棉花一般為多倍體,，是兩種棉花品種的雜交產(chǎn)物(cotton A 和cotton D),，其基因組或染色體組有多個(gè)拷貝。二倍體Gossypium raimondii（G. raimondii）是四倍體棉花基因組現(xiàn)存親緣關(guān)系最近的品種之一,，之所以會(huì)選擇這種棉花進(jìn)行測(cè)序,，部分原因在于這種棉花的基因組比較小，比cotton A基因組重復(fù)元件少,，也比多倍體棉花品種簡(jiǎn)單一些,。cotton D不能生產(chǎn)可紡性纖維。通過(guò)分析這些基因組序列，包括最新這項(xiàng)研究成果,，能令研究人員追蹤棉花的進(jìn)化譜系,，雜交變化,，以及基因復(fù)制情況,，促進(jìn)纖維生產(chǎn)。 “這些棉花基因組數(shù)據(jù)將有助于基因功能研究,，特別是纖維素的生物合成過(guò)程,，了解這些方面能從根本上改善生物燃料的生產(chǎn)，”領(lǐng)導(dǎo)這一研究的,，DOE JGI HudsonAlpha生物技術(shù)研究所首席科學(xué)家Jeremy Schmutz說(shuō),，“此外，棉纖維獨(dú)特的結(jié)構(gòu)也能用于生物修復(fù),，并提高棉花的產(chǎn)量,，促進(jìn)水利用效率，減少農(nóng)藥的使用,。”
喬治亞州大學(xué)Andrew Paterson教授發(fā)起了Community Sequencing Program項(xiàng)目,，DOE JGI完成了其中7.6億個(gè)堿基對(duì)的基因組測(cè)序和組裝。Paterson教授說(shuō),，“這項(xiàng)研究第一次將多倍體植物的整個(gè)基因組,，與其祖先的整個(gè)基因組進(jìn)行了比對(duì)”，“這項(xiàng)研究揭示了所有植物的關(guān)鍵進(jìn)化過(guò)程,，有助于更好地了解許多其它作物的基因組,，如菜籽油，小麥,，花生等,。”
了解cotton A 和cotton D對(duì)現(xiàn)代常見棉花品種的遺傳特性貢獻(xiàn)，能令研究人員改進(jìn)纖維品質(zhì)性狀,。研究人員Jay Keasling打趣的說(shuō)道,，他的棉襯衣中的纖維素鏈就需要能承受多次磨損。
美國(guó)棉花公司農(nóng)業(yè)研究主任Don Jones表示,，這種G. raimondii 金標(biāo)準(zhǔn)基因組能為陸地棉：G. hirsutum基因組測(cè)序奠定基礎(chǔ),，后者正是全球主要的棉花作物。也為另外一個(gè)品種：G. barbadense秘魯棉（Pima cotton,，這是一種特長(zhǎng)絨棉,，由于日照時(shí)間長(zhǎng)，棉的成熟度高,，因此棉絨長(zhǎng),，手感好）的基因組測(cè)序鋪平了道路。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11798
PMC:
PMID:
Repeated polyploidization of Gossypium genomes and the evolution of spinnable cotton fibres
Andrew H. Paterson, Jonathan F. Wendel, Heidrun Gundlach, Hui Guo, Jerry Jenkins, Dianchuan Jin, Danny Llewellyn, Kurtis C. Showmaker, Shengqiang Shu, Joshua Udall, Mi-jeong Yoo, Robert Byers, Wei Chen, Adi Doron-Faigenboim, Mary V. Duke, Lei Gong, Jane Grimwood, Corrinne Grover, Kara Grupp, Guanjing Hu, Tae-ho Lee, Jingping Li, Lifeng Lin, Tao Liu, Barry S. Marler,et al.
Polyploidy often confers emergent properties, such as the higher fibre productivity and quality of tetraploid cottons than diploid cottons bred for the same environments1. Here we show that an abrupt five- to sixfold ploidy increase approximately 60?million years (Myr) ago, and allopolyploidy reuniting divergent Gossypium genomes approximately 1–2 Myr ago2, conferred about 30–36-fold duplication of ancestral angiosperm (flowering plant) genes in elite cottons (Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense), genetic complexity equalled only by Brassica3 among sequenced angiosperms. Nascent fibre evolution, before allopolyploidy, is elucidated by comparison of spinnable-fibred Gossypium herbaceum A and non-spinnable Gossypium longicalyx F genomes to one another and the outgroup D genome of non-spinnable Gossypium raimondii. The sequence of a G. hirsutum AtDt (in which ‘t’ indicates tetraploid) cultivar reveals many non-reciprocal DNA exchanges between subgenomes that may have contributed to phenotypic innovation and/or other emergent properties such as ecological adaptation by polyploids. Most DNA-level novelty in G. hirsutum recombines alleles from the D-genome progenitor native to its New World habitat and the Old World A-genome progenitor in which spinnable fibre evolved. Coordinated expression changes in proximal groups of functionally distinct genes, including a nuclear mitochondrial DNA block, may account for clusters of cotton-fibre quantitative trait loci affecting diverse traits. Opportunities abound for dissecting emergent properties of other polyploids, particularly angiosperms, by comparison to diploid progenitors and outgroups.
