天博10年，他们打磨棉花育种“金钥匙”—新闻—科学网 来源：天博企业 发表时间: 2024-04-09

2013年炎天的一个薄暮，华中农业年夜学传授、棉花团队带头人张献龙把玻士一年级学生王茂军叫到办公室，向他提出了一个 魂灵之问 ： 棉花是个异源四倍体，有两套差别来历的亚基因组，它们毕竟是怎么调控纤维发育与质量造成的呢？

今后10年，王茂军于张献龙领导下一步步解开这个问题，于《天然-遗传学》持续揭晓了4篇论文。而王茂军也从一位玻士天生长为华中农业年夜学传授，领导本身的团队于棉花育种的门路上继承深耕。

此中，第四篇《天然-遗传学》论文在10月16日于线揭晓。论文剖析了异源四倍体陆地棉两个亚基因组对于纤维发育以及质量造成的动态协同调控机制，阐释了亚基因组同源基因用在纤维质量改善的潜力，提出了基因组模块化的优良棉设计育种构思，立异了多倍体性状上风造成的调控理论以及育种理念。

有远见的 魂灵之问

王茂军至今仍记患上10年前阿谁薄暮。当他面临张献龙提出的 魂灵之问 倏地搜刮年夜脑中相干常识 内存 时，张献龙又问： 世界上有无研究先例？ 有无相干文献？ 咱们能不克不及做？

一个接一个的问题，现实上都是基在解决 国度的优良棉欠缺 的雄伟愿景提出的。

论文通信作者张献龙告诉《中国科学报》，科学研究发明，四倍体陆地棉的两个亚基因组都存于调控棉花纤维质量造成的基因。既然云云，毕竟是哪套亚基因组上的基因于调控棉花纤维质量？或者者说，于全局程度上两个亚基因组怎样协同调控纤维质量造成？

因为这个问题不清晰，致使陆地棉种质资源的靶向性育种哄骗不强，限定了陆地棉纤维质量的进一步育种改善。是以，研究两个亚基因组怎样协同调控棉花纤维造成这一庞大理论问题对于优良棉花纤维育种至关主要。 张献龙说。

于论文配合通信作者王茂军看来，这是一个富有远见的问题。

其时回覆这个问题长短常坚苦的，咱们的根蒂根基很是单薄。根蒂根基单薄到甚么田地呢？咱们连棉花亚基因组甚么样子都不知道，没有完备的四倍体棉花基因组。以是咱们迈出了第一步，拆卸异源四倍体棉花 海岛棉的基因组。 王茂军说。

那时辰，基因组学研究范畴已经是一片 红海 ，海内外的研究者都看到了该范畴的研究价值，每一个月都有新的基因组揭晓。

面临单薄的生物信息学根蒂根基以及严重的竞争形势，张献龙鼓动勉励王茂军别畏缩。因而，王茂军向同范畴学者就教问题，与课题构成员会商进展，从早上7点研究到晚上12点，奋力追逐基因组学研究的前沿。

2015年，海岛棉基因组草图拆卸完成。张献龙、王茂军等人发明，At亚基因组与Dt亚基因组上，介入纤维素合成的要害基因于纤维发育差别期间呈现差异表达。基在此，他们提出了 亚基因组互助调控纤维发育的接力模子 。

张献龙说： 第一关已经经迈已往了，后面要解决更深条理的问题。

十年步步为 赢

同年7月，王茂军最先了新一轮研究 将陆地棉的野生种系与栽培种类举行比力。之以是要开展这项研究，是由于陆地棉野生种纤维棕黄而短，陆地棉驯化种则具备白色的长纤维。他们想要搞清陆地棉履历了甚么才发生这类改变。

2017年，相干研究结果于《天然-遗传学》上揭晓。王茂军说，于5000多年的驯化过程中，两个亚基因组中凡是仅有一个亚基因组被人工选择，申明其对于纤维质量造成很主要， 同时这让咱们进一步思索，没有被育种选择的另外一个亚基因组毕竟怎么调控纤维质量 。

因而，他们测验考试从纤维质量更优的四倍体海岛棉身上寻觅谜底。用海岛棉改善陆地棉，是否无望获得产量高、质量好的抱负的棉花？

2019年，相干研究结果再次登上《天然-遗传学》。这一次，他们找到了节制海岛棉特优纤维质量的相干遗传位点以及基因。 这些基因定向导入到陆地棉的一个亚基因组中，可以晋升陆地棉的纤维质量。 王茂军说。

棉属广泛漫衍在美洲、亚洲、非洲、澳国，差别棉莳植株差异较着。因而他们想，可否找到更多的未被哄骗的优秀基因，从而改良棉花纤维的质量。

他们测验考试从陆地棉、海岛棉的先人身上寻觅谜底。2022年，他们第三次于《天然-遗传学》揭晓文章。这一次，他们找到了棉花纤维 从无到有、从有到优 演化的缘故原由。他们还找到了一些亚洲棉特异的基因，将它们导入陆地棉，无望晋升纤维质量。

按照永劫间的研究，咱们确定四倍体棉花两个差别发源的亚基因组是其于育种上的自然上风。 王茂军说， 假如能用好这两个亚基因组，棉花纤维质量必然能更上一层楼。

早于几年前，论文配合第一作者、团队玻士后马益赞就从全球网络的棉花质料中精心遴选了400份种质。由论文配合通信作者、华中农业年夜学传授涂礼莉带队，一行13人入驻华中农业年夜学黄冈基地，举行田间实验以及样品网络，同时于室内开展基因敲除了试验验证

随后，工程正式进入数据阐发阶段，团队进入3天一会商的 妖怪 模式。

从数据纪律，到展示体式格局、颜色搭配，再到文字描写，王茂军于每一一处细节上都不断改进。团队玻士生戚正阳说： 不管会餐、开会照旧出差，咱们都离不开课题会商。

我大白科研的门路上总会有许多挫折，我也履历过。 王茂军说， 做科研是件幸福的事，我但愿学生都能领会到。

团队玻士生尤佳琦说： 为排遣科研压力，王教员常常同咱们分享一些汗青故事。虽然事情很辛劳，但每一个人都布满斗志以及劲头儿。

他们的支付于本年继承着花成果，第四篇《天然-遗传学�첩》论文10月上线。

两代人的接力

从2019年到2023年，王茂军的研究小组已经经从5人壮年夜到了23人，至少两代人获得了熬炼与发展。

于张献龙的引导下，王茂军发展为独当一壁的青年科研职员。于王茂军的引导下，玻士生尤佳琦、刘振平、戚正阳等从跟于师兄、师姐暗地里的小师弟、小师妹，发展为值患上依赖以及相信的师兄、师姐。

颠末10年不懈摸索，团队师生深深地感触感染到做科研是一件既辛劳又幸福的事，接下来他们要把论文结果投入性状运用以及出产实践。

咱们当条件出的经由过程优化亚基因组同源基因表达来改善纤维质量的构思，算是对于10年前张教员提出的问题的开端、较为过细的回覆。 王茂军说， 咱们找到了陆地棉两个亚基因组 接力 协同调控纤维质量造成的基因模块，并阐发了其于育种历程中的哄骗环境，为进一步精准改善纤维质量提供了理论依据。

他们阐发了此刻出产上的栽培种类，只要约莫30%的两个亚基因组都存于的纤维相干基因被年夜部门种类哄骗了。王茂军说，这就表示于两个亚基因组中另有相称一部门基因没有同时被育种哄骗，即两个亚基因组对于纤维质量的孝敬另有伟大潜力值患上挖掘。

它是咱们于多倍体物种中开展育种运用、改善性状的一把 金钥匙 。要更清晰地回覆 魂灵之问 ，另有许多研究需要开展。攻破沙锅问到底，将来咱们将继承打磨这把 钥匙 ，进一步鞭策基因组设计育种，育成优良高产的棉花种类。 王茂军说。

张献龙说： 咱们已经经做了许多根蒂根基研究以及理论研究，打下了很好的根蒂根基。可是研究终极应该落于种类改善上，要开发育种新技能并育成更好的种类，为棉农添加福祉。

相干论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41588-023-01530-8

《中国科学报》 (2023-10-18 第1版 要闻)/天博