近日，由中國農業(yè)科學院和深圳華大基因研究院領導的一個研究研究小組完成了對二倍體棉花——雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）的基因組測序和分析。這一棉花基因組為研究和遺傳改良棉花的質量與產(chǎn)量提供了一個寶貴的資源，獲得了棉花及其近親的遺傳特征和進化機制的新認識。該研究在線發(fā)表在《自然遺傳學》（Nature Genetics）雜志上。

　　棉花，也被稱為“白金”，是全球一種重要的商品作物。棉花纖維是人類種植的最古老的纖維之一，可從考古遺址追溯至7,000多年前。棉花生產(chǎn)為大約1億家庭提供了經(jīng)濟收入，約有150個國家參與棉花的進出口。此外，在科學研究中，棉花還可作為研究多倍體化、細胞伸長和細胞壁生物合成的一個極好的模型系統(tǒng)。

　　在這篇文章中，研究人員利用新一代測序技術對雷蒙德氏棉基因組進行了測序，生成了103.6倍基因組覆蓋度的棉花基因組草圖。超過73%的組裝序列被錨定在13條雷蒙德氏棉染色體上。他們在雷蒙德氏棉基因組中確定了總共2,355個保守塊，大約有40%的平行基因存在于超過1個保守塊中，表明在進化過程中基因組經(jīng)歷了重要的染色體重排。

　　通過綜合比對和分析，研究人員發(fā)現(xiàn)大約1300萬年前雷蒙德氏基因組中發(fā)生了一次六倍體化（paleohexaploidization）事件，這種事件通常存在于雙子葉植物中。他們還發(fā)現(xiàn)了支持約1300-2000萬年前棉花特異性全基因組復制事件的證據(jù)。

　　眾所周知，棉花可以生成一組獨特的萜類化合物，如棉酚。棉花生成的棉酚和相關倍半萜類物質在色素腺體中累積可抵御病原體和食草動物。大部分的棉花倍半萜類物質都來源于棉酚生物合成過程中的(+)- δ -杜松烯合成酶（CDN）合成的一種共同的前體。通過系統(tǒng)進化分析雷蒙德氏棉和8種其他的測序植物基因組，他們發(fā)現(xiàn)棉花和可可樹（Theobroma cacao）可能是目前測序植物物種中，唯一具有真正的棉酚生物合成功能CDN1基因家族的物種。

　　此外，將生成纖維的陸地棉(G.hirsutum）與無纖維的雷蒙德氏棉進行轉錄組對比證實有三種合成酶對于棉花纖維形成至關重要，它們分別是蔗糖合成酶（Sus）、β-酮脂酰-CoA 合酶( KCS)、ACC 氧化酶（ACO）。同時，MYB 和bHLH轉錄因子優(yōu)先表達于纖維中或可用于解釋負責控制纖維形成和早期細胞生長的分子機制。

　　深圳華大基因研究院的項目負責人王志文表示：“雷蒙德氏棉基因組圖譜的完成為加速諸如陸地棉(G.hirsutum）和海島棉（G. barbadense）等四倍體棉花的基因組研究提供了很好的參考。它也將為研究人員全面探索棉花纖維形成、棉酚合成和抵抗病原體和食草動物等的基礎遺傳機制，進一步提高棉花質量和產(chǎn)量奠定了堅實的基礎。”