棉花是重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是紡織工業(yè)的主導(dǎo)原料，在世界及我國國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。隨著植物基因組計(jì)劃的不斷發(fā)展，對(duì)作物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和基因工程改良是21世紀(jì)植物科學(xué)領(lǐng)域中的重要課題。目前，國內(nèi)外研究人員在棉花遺傳育種工作中取得了一定的進(jìn)展。
五月二十四日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、*雜交棉創(chuàng)制工程研究中心一項(xiàng)棉花遺傳育種研究成果，刊登在期刊《Genome Biology》，題為“Sequence-based ultra-dense genetic and physical maps reveal structural variations of allopolyploid cotton genomes"。在這項(xiàng)研究中，研究人員利用新一代測(cè)序和SNP基因分型方法，構(gòu)建了四倍體棉花的高密度遺傳圖譜，并表征了四倍體棉花基因組的結(jié)構(gòu)變異。延伸閱讀：期刊發(fā)布*小麥單體型圖譜。
本論文通訊作者張?zhí)煺娼淌?，現(xiàn)任南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院副院長，“作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新"國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。其1992年在南京農(nóng)大獲遺傳育種專業(yè)博士學(xué)位，曾在德國、美國從事博士后研究和訪問學(xué)者，主要從事棉花基因組研究，曾獲2003年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。擁有國家*4項(xiàng)。成功選育出南農(nóng)系列轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉和高優(yōu)勢(shì)雜交種，并在長江流域1500萬畝棉區(qū)推廣，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益30多億元。在植物育種雜志Euphytica、Plant Breeding、美國的Crop Science以及國內(nèi)核心刊物上發(fā)表作物遺傳育種論文80多篇。
SNPs（單核苷酸多態(tài)性）是zui豐富的多態(tài)性類型，并已在許多作物基因組研究中進(jìn)行過不斷的探索，包括水稻和玉米。由于其復(fù)雜性和多倍體，異源四倍體棉花基因組的SNP研究，已經(jīng)落后于其他作物。在這項(xiàng)研究中，研究人員采用新一代測(cè)序和有效的SNP基因分型方法，檢測(cè)了多倍體棉花全基因組SNP，并用來構(gòu)建連鎖圖譜和表征基因組的結(jié)構(gòu)變化。
該研究小組構(gòu)建了一幅高密度種間遺傳圖譜，包括4,999,048個(gè)SNP位點(diǎn)，不均勻地分布在26個(gè)異源四倍體棉花連鎖群中，覆蓋4,042 cM。研究小組通過對(duì)照組裝草圖序列和遺傳圖譜，在棉花基因組中確定了重組率和突變熱點(diǎn)。利用這一圖譜，研究人員通過將公共可用的雷蒙德氏棉（G. raimondii）基因組信息與熒光原位雜交分析相結(jié)合，確定了四倍體棉花的基因組重排和著絲粒區(qū)域。
總而言之，這項(xiàng)研究用測(cè)序后基因分型法，確定了陸地棉（G. hirsutum）和海島棉（G. barbadense）之間上百萬個(gè)SNPs。研究人員構(gòu)建并利用一幅高密度SNP圖譜，來糾正序列錯(cuò)誤組裝，將scaffolds合并成與染色體一致的pseudomolecules，檢測(cè)基因組重排，并確定了異源四倍體棉花中的著絲粒區(qū)域。
該研究發(fā)現(xiàn)，四倍體棉花的著絲粒逆轉(zhuǎn)錄因子序列，來源于D亞基因組祖先，可能在異源四倍體形成之后侵入了A亞基因組著絲粒。本研究對(duì)于棉花的遺傳研究和育種，提供了一份寶貴的基因組資源。