4月20日在线出版的《自然•生物技术》杂志发表了题为“Genome sequence of cultivated Upland cotton (Gossypium hirsutum TM-1) provides insights into genome evolution”的研究论文(Nat. Biotechnol, 2015, DOI: 10.1038/nbt.3208)，报道了朱玉贤院士课题组及其研究团队在解析陆地棉基因组方面取得的最新进展。

 

陆地棉基因组的进化分析

不同的颜色块代表着7个古染色体，一个红点代表一次全基因组复制事件，

数字代表分化时间。

      陆地棉(AD基因组)，原产于中美洲,是世界上种植面积最广，产量最大的栽培棉。陆地棉是在1~2百万年前由亚洲棉（A基因组）和雷蒙德氏棉（D基因组）杂交和染色体加倍而形成的。朱玉贤院士与中国农科院棉花研究所喻树讯院士、深圳华大基因组学研究所合作解析了全长2,173兆碱基对的陆地棉基因组，其中包含76,493个蛋白编码基因，基因组大部分序列（66.05%）由转座子组成，而大部分的转座子是长末端重复的反转座子（LTR），尤其是Copia和Gypsy两类反转座子含量最多。比较分析发现Dt亚基因组中的Copia和Gypsy转录活性要高于At亚基因组；Copia在最近的0~1百万年比Gypsy更活跃，更多的Copia插入在基因附近的位置。通过与之前由同一团队完成的雷蒙德氏棉基因组（Wang et al., 2012）和亚洲棉基因组（Li et al., 2014）比较时，发现陆地棉中基因丢失的比率要显著高于两个二倍体基因组。同时，我们发现陆地棉基因组中存在着同源交换（Homeologous exchange,HE）事件，陆地棉中发生同源交换的片段大约有100个。上述研究结果对认识陆地棉基因组的复杂性和棉属物种的进化多样性产生深远的意义。

      朱玉贤院士带领的研究团队首次发现棉花中乙烯的调控机制。他们发现A基因组中ACO启动子上由于片段的丢失导致MYB转录因子结合位点的丢失，实验进一步证明了该结合位点上确实有核蛋白的结合，以上研究暗示着MYB转录因子可能在调控ACO的表达上发挥着重要的作用。功能基因组学分析显示，At亚基因组起源的基因在纤维发育过程中的绝对表达强度和持续时间都显著大于A基因组的同源基因。生物信息学研究表明点突变产生的顺式作用元件或转座子可能参与了这一调控。这一发现对于研究转座子参与棉属基因组的演化和棉纤维发育相关基因的表达调控有着重要的指导意义。

      这项研究成果是朱玉贤院士课题组继2012年发表的雷蒙德氏棉基因组（Wang et al., 2012, Nature Genetics)和2014年发表的亚洲棉基因组（Li et al., 2014, Nature Genetics)之后在基因组方面的又一重要突破。

      《自然•生物技术》期刊是自然出版集团旗下最重要的子刊之一，永利官网博士生肖光辉为该文的共同第一作者。该项研究得到国家科技部棉花973项目、国家自然科学基金委和蛋白质与植物基因研究国家重点实验室基金资助。