实验室刘方研究员团队揭示二倍体棉种适应性进化新机制

作者：棉花生物育种与综合利用全国重点实验室 日期：2023-10-17 访问量：

实验室刘方研究员团队围绕棉属二倍体物种的形成演化开展了相关研究，研究结果为二倍体棉种适应性分化提供了新的见解。相关研究成果以“Widespread Incomplete Lineage Sorting and Introgression Shaped Adaptive Radiation in the Gossypium genus”为题发表在生物学1区Top期刊《Plant Communication》（IF="10.5）上。

棉属二倍体种在全球广泛分布，不同基因组类群地理分布间隔遥远，这阻碍了棉属物种间的基因流动。但是约一百万年前非洲的A基因组和美洲的D基因组祖先之间的杂交以及随后的多倍体化形成了异源四倍体棉。并且，分子证据表明核基因组和细胞质基因组构建的棉属物种系统发育关系是不同的。这种古老的跨越大洋隔离的杂交事件及不一致的系统发育关系表明棉属物种分化及形成的复杂性。杂交或不完全谱系分选(ILS)是解释棉属物种复杂进化关系成因的重要假设。但杂交渗入与ILS的基因组特征较为相似，导致其难以区分。

该研究利用一个新组装的高质量基因组 Gklo， 并与其他25个棉属物种基因组的比较分析，探讨了棉属的物种形成史，发现棉属二倍体物种中普遍存在的不完全谱系分选（ILS）事件和古代基因流导致了其复杂的基因组系统发育关系。该研究进一步通过构建高分辨率的戴维逊氏棉、克劳茨基棉和雷蒙德氏棉的ILS图谱，发现ILS区域在基因组中非随机分布，且受到自然选择。结合两个亲缘关系相近的二倍体棉种克劳茨基棉和戴维逊氏棉物种分化相关结构变异、表达分歧，研究揭示了ILS在棉花物种形成和适应性分化中的重要作用。研究结果为解释棉属复杂的物种形成历史提供了新思路，对于深入挖掘利用野生棉优异基因资源，丰富棉花育种基因库，打破因遗传资源匮乏导致的棉花育种瓶颈具有重要意义。

中棉所许艳超博士为论文第一作者，中棉所刘方研究员为论文总通讯作者，安阳工学院彭仁海教授和美国东卡罗莱纳大学的张宝红教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(32272090, 32171994, 32072023)、中原科技创新领军人才项目(214200510029)和科技部重点研发项目(2021YFE0101200)的资助。

Doi：10.1016/j.xplc.2023.100728