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杜雄明为通讯作者的陆地棉研究成果在Nature Genetics在线发表

来源: 科技管理处 作者:彭军      访问统计:       添加日期: 2018-05-08

  2018年5月7日,《自然遗传学(Nature Genetics)》在线发表了我所杜雄明研究员为通讯作者的题为“Resequencing a core collection of upland cotton identifies genomic variation and loci influencing fiber quality and yield”的陆地棉研究成果。该研究首次利用我国419份陆地棉核心种质发掘了约366万个SNP标记,对陆地棉核心种质群体的遗传多样性和群体结构进行了系统分析,本研究的主要亮点是完整地搜集了13个纤维相关性状在12个环境中的表现,利用全基因组关联分析(GWAS)发掘了一大批重要性状相关的位点和基因,并对部分关键候选基因进行了功能验证。
  棉纤维产量和品质是棉花生产最重要的性状,但它们都是复杂的数量性状,受基因型和环境共同作用。采用高通量的全基因组关联分析技术,能高效地发掘这些重要性状关联标记和基因,为分子设计育种提供关键的种质资源和遗传标记信息。本研究前期通过表型和基因型变异特征,从我国现存7000余份陆地棉种质资源中筛选出419份最具代表性的材料构建陆地棉核心种质库,在新疆、黄河和长江流域三大棉区多环境布点调查生育期、纤维品质和产量相关的农艺性状,并系统地开展了这些性状的GWAS分析,鉴定到大量与纤维长度、纤维强度密切关联的主效QTL位点。
  首先,发现了控制陆地棉纤维长度两个主效候选基因分别位于D11和A10染色体上,两个基因在长纤维材料中表达量高于短纤维材料,且均存在非同义突变。通过在拟南芥中分别过表达两个基因均能使拟南芥表皮毛显著伸长,暗示其对棉花纤维长度的潜在贡献。其次,本研究还发现控制纤维强度主效基因位于A07染色体,表达分析表明该基因在高强度纤维材料中的表达量低于低强度纤维品种。陆地棉的生育期与大部分纤维品质产量性状显著相关,本研究鉴定到位于D03染色体上控制生育期的两个主效候选基因。功能验证发现这两个基因均能影响植物开花时间,表明其对棉花生育期具有重要的贡献。除此以外,本研究还鉴定到大量与铃重、衣分和子指等产量性状关联的位点,这些位点在多环境中也能被稳定检测到。
  本研究通过整合多环境的农艺性状数据,构建了迄今为止规模最大,信息最完整的陆地棉基因型和表型变异数据库,通过关联分析发掘出了一系列可靠的关联位点和基因,其中大部分关键农艺性状的GWAS结果在多个环境中稳定性好,该研究为后期陆地棉分子育种提供了关键的标记选择依据,将全面加速陆地棉分子育种进程,具有非常重要理论和实践意义。
  该论文以我所杜雄明研究员、河北农业大学马峙英教授和王省芬教授、诺禾致源田仕林4人为通讯作者。我所何守朴、孙君灵,河北农大马峙英、王省芬、张艳、张桂寅、吴立强、李志坤,诺禾致源刘志浩为论文的同等贡献第一作者。该研究获得了国家棉花产业技术体系、河北省科技支撑计划、国家转基因重大专项和科技部重点研发计划等项目经费的资助。
  自2017年3月华中农业大学张献龙教授团队首次在Nature Genetics报道陆地棉重测序研究后,我所杜雄明研究团队充分发挥自身优势,联合南京农业大学、武汉大学、河北农业大学和中国农业科学院深圳农业基因组研究所等多家单位在Nature Genetics上先后发表了3篇棉花基因组学相关研究论文,内容覆盖了亚洲棉和陆地棉两大栽培种,在解码棉花种质资源基因组变异与重要性状的遗传基础方面取得了突破性进展。

 
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