- 题目：CGM 第147期: 深度揭秘多倍体棉花的起源、驯化与遗传改良
- 时间：美国中部时间 2021年4月7日（星期三）7AM（北京时间4月7日9PM）
- 地点：Tecent and Bilibili live stream
- 主讲人：袁道军，男，博士，华中农业大学副教授，硕士生导师。2014年获得华中农业大学农学博士学位。2015年4月至2019年8月，先后在美国杨百翰大学（Brigham Young University, Provo, UT）Joshua Udall副教授和爱荷华州立大学（Iowa State University, Ames, IA）Jonathan Wendel教授指导下进行博士后研究。长期从事棉花基因组方面研究，利用组学大数据，开展棉花的比较基因组学分析，揭示棉花基因组进化与驯化的奥秘。近些年来以第一作者或通讯作者在Nature Genetics、Advanced Science和Scientific Reports等国际期刊发表论文30余篇，总引用次数超2000次，H指数21，I10指数25。
中文摘要
报告简介: 报告将简单介绍两个异源四倍体栽培棉种的基因组从头测序、组装与比较分析，再结合深度重测序数据解析陆地棉和海岛棉两个棉种的起源、驯化与改良的遗传规律和之间的复杂关系。
报告亮点: 1. 多倍体基因组组装与比较分析 2. 七个异源四倍体棉花的系统发生树 3. 陆地棉和海岛棉的遗传多样性和瓶颈 4. 陆地棉和海岛棉的共同起源与独立驯化 5. 陆地棉和海岛棉的驯化与改良过程中的相互渐渗
棉花(Gossypium spp.)是世界上最重要的经济作物之一，是天然可再生纤维、食用油和蛋白质的重要来源。目前世界上广泛种植的棉花是两个异源四倍体棉种：陆地棉(G. hirsutum L.)和海岛棉(G. barbadense L.) ，产出全世界97%以上的纤维。两个棉种均起源于美洲，在至少4000年前被人类驯化。人工驯化和遗传改良过程使得栽培的棉花与其祖先发生了很多改变，比如种子休眠丧失、光周期敏感性丢失、纤维变长变白变多等表型性状。两个棉种农艺性状也各具特色，陆地棉因其产量较高，广泛种植于世界各地，海岛棉则因其优异的纤维品质而备受珍视。 为了探究两个棉种的基因组异同和表型改变的遗传机理，以及人类在驯化和遗传改良过程中选择和丢弃了哪些基因组，同时为了解决由于缺乏野生型和农家种的种质资源和基因组遗传信息，无法准确剖析棉花驯化和改良的深层次遗传机理而制约棉花的品种改良，华中农业大学棉花团队联合全球多家单位开展了一系列研究并取得了重要成果，不仅丰富了棉花的遗传信息资源，揭示了棉花驯化选择的遗传变异规律和机制，也为棉花进一步开发新的种质资源、更有效地改良品种提供理论基础和指导。 2019年，我们通过第三代测序技术、BioNano光学图谱技术和染色质高级结构捕获技术，对陆地棉TM-1及海岛棉3-79的基因组序列进行联合组装，获得了参考基因组级别的高质量基因组序列，比较分析了两个四倍体棉种的结构变异，为棉花纤维的遗传改良提供了参考（Wang et al., Nature Genetics, 2019）。 我们联合中美多家科研机构，挑选643份具有广泛代表性的异源四倍体棉花种质资源，其中352份是野生型和农家种，采用PCR-free的建库方法，利用二代测序平台illumina测序，共获得42Tb的干净碱基，平均每个样本有效测序深度高达23倍。研究人员整合已释放的棉花重测序数据，经过筛选，保留了1024份异源四倍体棉花材料进行下一步分析。在7个异源四倍体棉种中共检测出53.7Mb高质量的单碱基多态性位点（SNPs)和5.9Mb的短插入缺失位点（InDels，<10bp）。利用这些SNPs信息，构建了异源四倍体棉种的系统发生树，量化了7个异缘四倍体棉种的遗传多样性及种间的群体分化程度，确定了陆地棉和海岛棉单次起源而平行独立驯化的关系。通过主成分、群体结构和系统发生树分析，确立了陆地棉和海岛棉的亚群分类，全面勾绘出两个棉种的起源、驯化和遗传改良的路径，全面评估了陆地棉和海岛棉各个亚群的遗传多样性和驯化瓶颈。研究还检测出两个棉种的驯化选择位点，发现两个棉种的驯化选择相互独立，在两个亚基因组间存在不对称性。另外还发现两个棉种在驯化和遗传改良过程中存在相互渗透的复杂关系，且在物种间和亚基因组间均存在不对称性。（Yuan et al., Advanced Science, 2021） 这些研究极大丰富了棉花的遗传信息资源，揭示了棉花驯化选择的遗传变异规律和机制，为棉花进一步开发新的种质资源、更有效地改良品种提供理论基础和指导。
参考文献
- D. Yuan#,, C.E. Grover#, G. Hu, M. Pan, E. R. Miller, J.L. Conover, S.P. Hunt, J.A. Udall, J. F. Wendel. Parallel and Intertwining Threads of Domestication in Allopolyploid Cotton. Advanced Science 2021, 2003634.
- Wang M#, Tu L#, Yuan D#, Zhu D, Shen C, Li J, Liu F, Pei L, Wang P, Zhao G et al. Reference genome sequences of two cultivated allotetraploid cottons, Gossypium hirsutum and Gossypium barbadense. Nature genetics 2019, 51(2).224–229.