近日，河北農業大學馬峙英教授團隊在《自然·遺傳學》在線發表一項研究成果。該研究首次組裝了陸地棉和海島棉現代品種基因組，破譯了海陸種間、陸陸種內基因組結構變異及其規律，揭示了陸地棉大規模種質材料結構變異的遺傳效應，為作物重要性狀改良提供了新的理論依據和資源。

棉花共有4個栽培種，其中經濟價值較高的是2個四倍體栽培種——陸地棉和海島棉。陸地棉產量高、適應性強，占全球棉花總產量90%以上；海島棉產量低、纖維品質優良、抗病性好，約占全球棉花產量10%。長期以來，育種家在獲得多逆境抗性的同時，努力通過協同提高產量和品質來培育陸地棉新品種，將海島棉的優異性狀轉育到陸地棉中，以進一步改良品質和抗性。論文**作者、共同通訊作者馬峙英說，一直以來，人們對棉花現代育成品種的基因組信息、現代育種過程中基因組的結構變異仍缺乏深入了解，有關棉花結構變異的遺傳效應鮮為人知。

“陸地棉和海島棉都是由A基因組和D基因組通過自然雜交和染色體加倍而形成。”馬峙英介紹，他們**組裝了我國自育陸地棉現代品種農大棉8號和海島棉Pima90的基因組，在農大棉8號中鑒定出80124個基因，其中152 0173 3840個為預測的新基因；在Pima90中鑒定到79613個基因，其中1267個為預測的新基因。

為了在陸地棉現代育種中有效利用海島棉基因組變異，通過比對分析Pima90與農大棉8號基因組，發現海島棉存在大量影響基因表達的結構變異，而且在利用Pima90和陸地棉雜交培育的優質抗病新材料NDM373-9中檢測到171個來自于海島棉基因外顯子區的變異，表明了對陸地棉改良的可行性。

該項研究還分析了結構變異對棉花重要經濟性狀的遺傳效應。論文共同通訊作者、河北農業大學教授張艷介紹，他們深度重測序了1081份世界各地的陸地棉種質資源，以農大棉8號為參考基因組獲得了304630個結構變異，結合大規模多環境評價獲得的纖維長度、強度、鈴重、衣分和黃萎病抗性數據分析，發現346個與品質、97個與產量、3個與黃萎病抗性顯著關聯的重要結構變異。

此外，他們發現，在陸地棉Dt11染色體的3個結構變異能夠使棉花黃萎病病情指數大大降低，讓棉花從感病變為耐病。在發現的60個抗黃萎病相關基因中，編碼S-去甲烏藥堿合成酶的基因GhNCS在抗黃萎病品種中的表達量顯著低于感病品種，沉默該基因導致抗病性顯著增強：可以使棉花品種NDM8由耐病變為抗病，使CCRI8由感病變為耐病。“這證明GhNCS是控制黃萎病抗性的一個重要新基因。”張艷說。

馬峙英表示，這一成果深化了棉花生物技術育種基礎研究，將加快推進棉花品質、產量、抗病性等重要性狀的分子改良。