近日，華中農業大學張獻龍院士棉花遺傳改良團隊撰寫的綜述性文章“棉花纖維品質亞基因組遺傳解析與模塊化設計育種構想”發表在《科學通報》上。文章總結了該團隊針對異源四倍體棉花中“亞基因組不對稱性”特征的研究進展，提出了“亞基因組模塊化設計育種”的創新策略，為提升棉花纖維品質開辟了新的道路。

棉花作為我國重要的經濟作物，其纖維品質對紡織工業和下游產業的發展起著至關重要的作用。然而，盡管我國在棉花育種方面已經取得了顯著的進展，但優質棉品種的選育仍然面臨著諸多挑戰。

多倍體棉花亞基因組不對稱性研究進展

該團隊通過多年的研究，揭示了在多倍化、馴化和纖維發育過程中，異源多倍體棉花亞基因組在轉錄、表觀修飾以及三維結構等水平普遍存在的“亞基因組不對稱性”現象（圖1）。研究發現，亞基因組間的結構變異和同源基因表達偏倚在纖維品質形成中起著關鍵作用。具體而言，69.04%的亞基因組同源基因在陸地棉全生育期12個組織/發育階段中出現偏向性表達，而在纖維發育的群體轉錄組研究中，這一比例高達79.06%。這些偏向性表達進一步塑造了兩個亞基因組對于纖維品質形成的不均等貢獻。

圖1：華中農業大學棉花遺傳改良團隊在亞基因組不對稱性方向的研究進展

提出“亞基因組模塊化設計育種”新策略

基于上述研究成果，華中農業大學棉花遺傳改良團隊提出了“亞基因組模塊化設計育種”的新策略（圖2）。該策略的核心是通過一定的分子生物學手段，消弭At亞基因組與Dt亞基因組之間的表達差異，將對纖維品質貢獻較低的亞基因組提升到與貢獻較高的亞基因組均等或更高的水平。通過這種方式，充分發揮異源多倍體中亞基因組“加性效應”的優勢，從而實現纖維品質的進一步提升。

初步探索表明，這一策略具有巨大的應用潛力。在基于376份陸地棉材料進行的實踐中，只有約30%的同源基因對在每個時期50%以上的材料中被鑒定為對品質有利的同源基因對，而約70%的亞基因組同源基因對可用于進一步優化纖維品質。這表明，通過“亞基因組模塊化設計育種”，有望突破傳統育種的局限，實現棉花纖維品質的顯著提升。

圖2：亞基因組模塊化設計育種的理論基礎與實踐方案

總結與展望

這一創新策略的提出，為棉花育種領域帶來了新的希望和機遇。未來，結合表觀遺傳改良以及“基因組+基因編輯”工具組合，有望進一步突破遺傳改良的上限，滿足市場對高品質棉花的綜合需求。這不僅將提升我國棉花在國際市場上的競爭力，還將為我國棉花產業的可持續發展提供有力的理論支持。

文章信息

尤佳琦，王茂軍，張獻龍。棉花纖維品質亞基因組遺傳解析與模塊化設計育種構想 (J/OL). 科學通報, 2025, 70 (19): 3168-3178.

https://doi.org/10.1360/TB-2025-0114

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