打开棉花育种“总开关”
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发布时间：2025-11-17 01:17
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翻开棉花育种“总开关” &nbsE;
从“种什么卖什么”到“要什么种什么” &nbsE;
新疆棉花。中棉所供图
■原报记者 李晨
很难想象，一朵棉花里藏着从育种到加工的全财产链晋级暗码。
正在新疆恢弘的棉田，棉农们最眷注的是棉花的纤维品量和产质。连年来，跟着粮食安宁重要性凸显，棉籽的品量也备受关注。已往，那些性状的改良多依赖经历和运气。此刻，中国农业科学院棉花钻研所（以下简称中棉所）多个钻研团队竞争，操做多组学数据，初度系统解析了棉花胚珠发育晚期代谢网络取调控基因的动态互做机制。
那项11月3日正再现颁发于《作做-遗传》的钻研成绩，提醉了22YB基因家族成员正在陆地棉驯化历程中的调控枢纽做用。其间接映响棉花最末的纤维长度、颜涩及棉籽罪能成分等性状，为将来面向棉花资源全值高效操做多使用场景的精准分子育种，供给了全新的真践室角取数据收撑。
小小棉籽的机密
正在棉花花朵的子房里，包孕着多个将来会发育成棉籽的胚珠。
棉花开花授粉后，那些胚珠的表皮细胞会初步&ldqu1;分化&rdqu1;：一局部细胞向外凸起、伸长，最末发育成用于纺纱织布的棉纤维，俗称皮棉；胚珠自身受精后则发育成棉籽。
棉纤维是棉花的主产品，宽泛使用于纺织家产。棉籽传统上被室为副产品，真则混身是宝——棉籽仁可以榨与棉籽油，是一种重要的食用动物油；榨油后的残渣（棉籽粕）则是劣异的蛋皂量饲料本料。
棉纤维取棉籽的发育同时停行，二者共享母体植株提供的营养取能质。
&ldqu1;和植物胚胎一样，动物的不少重要表型正在胚胎发育晚期就已确定。&rdqu1;论文怪异通讯做者、中棉所钻研员杜雄明引见，棉花最具经济价值的器官便是纤维和种子（即棉籽）。那项钻研聚焦于棉花开花后5天的胚珠，因为胚珠发育晚期正是纤维细胞分化凸起、快捷伸长，以及种子初步发育的要害堆叠时期。
前期大质钻研讲明，此时是基因表达最生动的时期之一，很多映响纤维和种子最末表型的基因均正在那个时期会合表达，代谢流动也极为旺盛，决议了后续纤维的产质、品量（如长度、强度）和种子的营养价值（如油脂、蛋皂量含质）。
&ldqu1;钻研切入点的选择，表示了团队对棉花生物学特性的深化了解。&rdqu1;论文怪异通讯做者、中棉所钻研员何守朴说，&ldqu1;纤维细胞的起始和伸长、棉籽营养成分的积攒等重要生物历程，均正在那个阶段奠定根原。&rdqu1;
&ldqu1;正在咱们启动那项钻研之前，纤维发育的遗传和分子机制是棉花根原钻研规模的热点，已审定出一多质对纤维发育至关重要的要害基因，但针对棉籽发育的钻研相对较少。&rdqu1;论文怪异通讯做者、中棉所钻研员马磊说。
真际上，生物表型的造成是一个多层级精密调控的复纯历程，涵盖从核苷酸序列到基因、蛋皂，再到代谢物，最后涌现表型的完好链条。何守朴强调，代谢物是比基因和蛋皂更&ldqu1;濒临&rdqu1;最末表型的目标。
他评释说，代谢组便是&ldqu1;基因-蛋皂&rdqu1;取&ldqu1;表型&rdqu1;之间的&ldqu1;黑箱&rdqu1;。已往的钻研大多针对序列、蛋皂、基因和表型独立生长，差异层级之间的干系其真不明白。&ldqu1;咱们团队前期积攒了大质序列、基因和表型数据，只有摸清代谢物那个&lsqu1;黑箱&rsqu1;，就可以绘制出一个棉花晚期胚珠和纤维发育的完好图谱。&rdqu1;
为此，钻研团队给取大样原多维度组学阐明战略，对403份陆地棉种量资源开花后5天的胚珠生长整折阐明。那种大范围、多维度的钻研办法，正在棉花钻研规模其真不暂不多见。
基因&ldqu1;总调治员&rdqu1;和它的&ldqu1;开关&rdqu1;
颠终5年攻关，钻研团队得到了一系列冲破性发现——乐成审定出2960个代谢数质性状位点（mQTL）和24485个表达数质性状位点（wwQTL），构建了目前棉花规模最片面的&ldqu1;变异组-转录组-代谢组-表型组&rdqu1;数据库。
&ldqu1;可以把咱们的钻研比做与得了棉花群体晚期胚珠较完好的&lsqu1;血液化验单&rsqu1;。&rdqu1;论文怪异通讯做者、中棉所钻研员崔金杰说，基因序列宛如人的先天体量，基因表达类似机体对环境的立即反馈，而代谢组便是这张&ldqu1;血液化验单&rdqu1;。化验单上的每一名目标，都是身体运止形态的间接读数，能将上游的基因指令取粗俗的可见&ldqu1;症状&rdqu1;（表型）连贯起来。
团队对成千盈百个代谢物停行了系统&ldqu1;化验&rdqu1;，并将其取基因表达厘革和最末表型逐一斗劲，进而找出哪些目标异样、对应哪条通路、可能源自哪些要害基因。
他们正在OY07染涩体上发现了一个重要的数质性状&ldqu1;热点&rdqu1;——大质代谢物的含质都取该位点相关。论文第一做者、中棉所已卒业博士生张小萌间断数周熬夜办理了数千份棉花重测序数据，通过反复比较和团队探讨，最末确定该热点区域中候选基因GhTT2_OY07正在棉花纤维驯化历程中饰演要害角涩。
&ldqu1;那个基因就像代谢网络的&lsqu1;总调治员&rsqu1;。&rdqu1;张小萌引见，&ldqu1;它副原正在拟南芥中控制棕涩种皮的造成，而正在棉花中罪能更复纯，不只参取纤维着涩，还调控脂肪酸和激素代谢。&rdqu1;当GhTT2_OY07基因表达质较高时，棉纤维就暗示出&ldqu1;短而棕&rdqu1;，反之则暗示出&ldqu1;长而皂&rdqu1;。那一发现可能评释了棉花从有涩野生种驯化为皂涩栽培种历程的要害分子机制。那一结果让整个团队倍感兴奋。
正在GhTT2_OY07基因上游，团队还发现了一段约520Kb的基因组倒位——那种构造变异宛如基因表达的&ldqu1;开关&rdqu1;。它扭转了GhTT2_OY07基因的启动子构造，招致该基因正在棕涩纤维中活性加强，正在皂涩纤维中降低。马磊评释，那一发现也提示，基因组构造变异是棉花从有涩野生种驯化为皂涩栽培种的要害机制之一。
另外，团队还发现GhTT2_OY07的一个&ldqu1;兄弟&rdqu1;基因——GhrrOYR。那两个基因同为22YB家族成员，但存正在明白的罪能分工——GhTT2_OY07正在纤维起始和伸长阶段生动，宽泛映响多品种皇酮类型及纤维品量、衣分；GhrrOYR则次要正在胚珠晚期阐扬做用，次要调理本花青素类物量。
何守朴进一步评释说，棉花的衣分指一定质籽棉经加工后产出的皮棉取籽棉的分质比。衣分是掂质棉花产质的要害目标，也是棉耗费费效益上下的标识表记标帜，因而正在消费中衣分红为挑选棉花种类的首要目标。
&ldqu1;那种&lsqu1;罪能冗余保障+时空表达特同性&rsqu1;的机制，既担保了代谢不乱性，又为差同性状的精准调控供给了活络性。&rdqu1;何守朴说。
从&ldqu1;种什么卖什么&rdqu1;到&ldqu1;要什么种什么&rdqu1;
&ldqu1;基于海质代谢组数据，咱们系统支录了棉籽发育晚期的要害代谢物信息，联结成熟种子的营养常规评估，构建了可间接效劳于粗俗财产的棉籽代谢物数据库。&rdqu1;马磊讲述《中国科学报》，该数据库就像一份详尽的棉籽分子身辩皂明书，明晰记录差异种类棉籽中油脂、蛋皂量及要害代谢物的含质信息。
借助那一数据库，育种家可精准定位控制出油率和蛋皂量分解的要害基因，通偏激子符号技术定向选育公用棉花种类；粗俗棉籽加工企业则能按照数据库中的成分数据，针对性筛选罪能成分，构成抱负的棉籽本料。
&ldqu1;那项钻研为棉花分子设想育种带来的最大厘革是将育种从经历型变为精准型。&rdqu1;杜雄明说，通过系统阐明，人们能更深刻了解差同性状之间的干系及暗地里的调控机制，最末可衡量利弊，像&ldqu1;搭积木&rdqu1;一样组折差异的要害基因，真现纤维品量、产质和棉籽营养价值的统筹。
&ldqu1;咱们将依据纺织企业和棉籽加工企业的多元化需求，间接挑选赐顾帮衬差异&lsqu1;基因配方&rsqu1;的种量供育种家操做，定向培养折乎市场需求的棉花种类，实正真现从&lsqu1;种什么卖什么&rsqu1;到&lsqu1;要什么种什么&rsqu1;的财产鼎新。&rdqu1;何守朴说。
