近日，Advanced Science在線發表了來自華中農大棉花團隊袁道軍副教授與愛荷華州立大學、美國農業部合作題為“Parallel and intertwining threads of domestication in allopolyloid cotton”研究論文，該研究研究對643份異源四倍體棉花深度重測序了，綜合已發表的1000余份棉花重測序資源，構建了異源四倍體棉花的系統發生樹，量化了其遺傳多樣性和瓶頸，獲得了馴化選擇和遺傳改良的基因組選擇區間，確定了陸地棉、海島棉馴化起源和擴散的平行路徑，并揭示了兩個栽培棉種間的相互滲透規律，為棉花遺傳改良提供了理論指導和豐富的遺傳資源。

棉花(Gossypium spp.)是世界上最重要的經濟作物之一，是天然可再生纖維、食用油和蛋白質的重要來源。目前世界上廣泛種植的棉花是兩個異緣四倍體棉種：陸地棉(G. hirsutum L.)和海島棉(G. barbadense L.) ，產出全世界97%以上的纖維。兩個棉種均起源于美洲，在至少4000年前被人類馴化。人工馴化和遺傳改良過程改變了棉花種子休眠喪失、纖維變長變白變多、光周期敏感性丟失等表型性狀。

為了探究導致這些表型改變原因，以及人類在馴化和遺傳改良過程中選擇和丟棄了哪些基因組，同時為了解決由于缺乏野生型和農家種的種質資源和基因組遺傳信息，無法準確剖析棉花馴化和改良的深層次遺傳機理而制約棉花的品種改良，研究團隊開展了一系列研究。

研究挑選643份具有廣泛代表性的異源四倍體棉花種質資源，其中352份是野生型和農家種，采用PCR-free的建庫方法，利用二代測序平臺illumina測序，共獲得42Tb的干凈堿基，平均每個樣本有效測序深度高達23倍。研究人員整合已釋放的棉花重測序數據，經過篩選，保留了1024份異源四倍體棉花材料進行下一步分析。在7個異源四倍體棉種中共檢測出53.7Mb高質量的單堿基多態性位點（SNPs)和5.9Mb的短插入缺失位點（InDels，<10bp）。利用這些SNPs信息，構建了異源四倍體棉種的系統發生樹，量化了7個異緣四倍體棉種的遺傳多樣性及種間的群體分化程度，確定了陸地棉和海島棉單次起源而平行獨立馴化的關系。

通過主成分、群體結構和系統發生樹分析，確立了陸地棉和海島棉的亞群分類，全面勾繪出兩個棉種的起源、馴化和遺傳改良的路徑，全面評估了陸地棉和海島棉各個亞群的遺傳多樣性和馴化瓶頸。研究還檢測出兩個棉種的馴化選擇位點，發現兩個棉種的馴化選擇相互獨立，在兩個亞基因組間存在不對稱性。另外還發現兩個棉種在馴化和遺傳改良過程中存在相互滲透的復雜關系，且在物種間和亞基因組間均存在不對稱性。

本研究極大豐富了棉花的遺傳信息資源，揭示了棉花馴化選擇的遺傳變異規律和機制，為棉花進一步開發新的種質資源、更有效地改良品種提供理論基礎和指導。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202003634