棉花基因组测序研究进展

• 方法：全基因组霰弹法(即鸟枪法)和基于高分辨率
物理图谱的逐步克隆法。
• 重点突破方向：雷蒙德氏棉在所有棉花物种中,虽
然它不是栽培种,但其基因组最小,是首先实施测序的 极好选择。如果可以得到主要棉花栽培品种陆地棉的 综合物理图谱(陆地棉基因组是雷蒙德氏棉的3倍),雷 蒙德氏棉的序列信息随时可以通过把其综合物理图谱 的BAC末端序列作为锚而转移给陆地棉。
• 根据染色体组学分类
A B C D E F G K
非洲
46个二倍体
(2n= 2x= 26)
美洲
51个种
(2n= 4x= 52)
ห้องสมุดไป่ตู้
澳大利亚
5个四倍体
（AD）1 陆地棉 （AD）2 海岛棉 （AD）3 （AD）4 （AD）5
棉花属共包括46个二倍体（2n=2x=26)棉 种和5个已经确认的四倍体(2n=4x=52)棉种， 所有的二倍体棉花物种均可能由一个共同的 祖先进化而来，这个祖先随后多样化分化成 八个基因组，包括A、B、C、D、E、F、G和K。 而所有的四倍体棉花物种都是由A基因组物种 木本棉(又称亚洲棉）（G.arboreum(A2)）和 D基因组物种雷蒙德氏棉（G.raimondii(D5)） 物种间杂交形成。
内容提要
棉属简介及分类 国际棉花基因组测序计划 棉花基因组测序的成果 棉花基因组测序的意义及展望
棉花简介
• 棉花是全球最重要的经济作物之一。它的纤维， 俗称皮棉，是纺织工业主要的天然资源。 • 大约3300万公顷（约占世界5%的耕地）用于棉花 种植。 • 2011年全球纺织工厂年度市场价值大约为6306亿 美元。 • 除了它的经济价值，棉花也是一种研究多倍体化、 细胞伸长和细胞壁生物合成的极好的模式系统。
棉花分类
• 根据纤维的长度和外观分类
• 【粗绒棉】--也叫亚洲棉，原产印度。由于产量 低、纤维粗短，不适合机器纺织。 • 【长绒棉】--也叫海岛棉，原产南美洲。纤维长、 强度高是其特点，适合于纺高支纱。中国只有新 疆生产。 • 【细绒棉】--也叫陆地棉，原产中美洲，所以又 称美棉。适应性广、产量高、纤维较长、品质较 好是其特点，可纺中支纱[1] 。
• 目标：从长远来看,棉花基因组测序最重要的目标是
建立占世界棉花产量92%以上的、最广泛栽培的陆地 棉种其全基因组序列。但由于其基因组丰富、尺幅大 (约2.5 GB)、多倍体性质以及其他复杂性,必须制定 分阶段实施的策略才能够生效。
棉花基因组测序的成果
2012-8-26二倍体棉花雷蒙德氏棉(D基因组）草图基因 组公布 The draft genome of a diploid cotton Gossypium
raimondii（Nature Genetics） 基因组大小约775.2Mb,包括了40,976个蛋白质编码基因，92.2% 得到了转录数据的进一步证实。超过73%的组装序列被锚定在13 条雷蒙德氏棉染色体上。 获得了在双子叶植物中有可能存在的paleohexaploidization事 件以及在1300-2000万年前棉花全基因组复制（WGD）事件的证 据。 确定了总共2,355个保守块，大约有40%的平行基因存在于超过1 个保守块中，表明在进化过程中基因组经历了重要的染色体重 排。 近57%的基因组由转座元件（transposable elements ,Tes）构 成，其中大部分可能来自长末端重复序列（long terminal repeat，LTRs）扩增。研究人员在对陆地棉(G.hirsutum）和海 岛棉（G. barbadense）种对纤维形成起关键作用的基因间观察 到了定性差异。
雷蒙德氏棉基因 组中13条染色体 的模式图 绿色：外显子 红色：内含子 黄色：DNA转座子 紫色：反转录转 座子（长末端重 复序列） 蓝色：其他序列
2014-5-18中国科学家主导完成另一二倍体棉花——木本 棉（A基因组）全基因组图谱——最新研究成果于《自然• 遗传学》发表Genome sequence of the cultivated cotton Gossypium arboretum(nature genetics） 对一株连续培育18代的纯系栽培木本棉shixiya1(SXY1)进 行了全基因组测序，绘制出的高质量木本棉基因组大小约 为1,694 Mb，共有41,330个编码基因。利用高分辨率的遗 传图谱，将90.4%的木本棉（G.arboreum）组装序列成功 定位到13个连锁群上。 研究人员对该基因组进行了注释，结果显示木本棉基因组 中68.5%是由不同类型的重复序列组成，其中95.12%为长 末端重复序列（LTR）。
• 二倍体棉种到四倍体棉种的进化史
棉花基因组测序计划
内容：国际棉花基因组计划（ICGI）是全球 31个国家的科学家参与组建的国际学术组织， 目的是提高对棉花基因组结构和功能的认识， 促进全球棉花研究、教育等方面的交流、合 作，加强知识和资源整合，促进和造福全球 的棉花事业。
• 重要意义 • 棉花是世界上最重要的天然纺织纤维和意 义重大的油料作物 • 棉纤维是研究植物细胞伸长、细胞壁与纤 维素合成的最好材料 • 解码棉花基因组将是提高对棉属多倍体性、 基因组大小变异的功能和农艺学重要性认 识的基础
a:b 木本棉与雷蒙德氏棉十三 条染色体的比较 c:木本棉和雷蒙德氏棉LTR的 插入时间和数目 柱形图：某一时间点的插入数 目 线性图：某一时间段总共插入 的数目 d:部分木本棉和雷蒙德氏棉7 号染色体的微观比较 黄色：基因模型 绿色：同源基因对应位置 蓝色：转座子的位置
• 根据棉花的品种分类
• ⑴细绒棉：又称陆地棉。纤维线密度和长度中等，一 般长度为25~35mm，线密度为2.12~1.56 dtex （4700~6400公支）左右，强力在4.5cN左右。中国种 植的棉花大多属于此类。
• ⑵长绒棉：又称海岛棉。纤维细而长，一般长度在 33mm以上，线密度在1.54~1.18dtex（6500~8500公支） 左右，强力在4.5cN以上。它的品质优良，主要用于 编制细于10tex的优等棉纱。中国种植较少，除新疆 长绒棉以外，进口的主要有埃及棉、苏丹棉等。 • 此外，还有纤维粗短的粗绒棉，已趋淘汰