华中农大接连在Nature系列发表3篇重要论文-EditSprings艾德思

BioArt按：依托作物遗传改良国家重点实验室，华中农业大学在作物遗传育种领域在国内长期保持着领先水平，接连取得重大成果。近日，该国家重点实验室成员连续在Nature系列刊物上发表三篇代表性的成果，又一次集体展示华中农大在相关领域的一流水平。3月3日，熊立仲教授课题组在Nature Communications杂志上揭示了水稻微小反向重复转座元件的新功能，拓展了了我们对于转座子的认识（详见此前BioArt的报道：熊立仲组发现水稻转座子新功能）；3月3日，王石平教授课题组在Nature Plants以封面文论的形式报道了该团队分离克隆了在全世界水稻生产中广泛应用的主效抗白叶枯病基因Xa4，揭示Xa4基因除调控对白叶枯病菌小种特异性的持久抗性外，还调控茎秆强度和株高等重要农艺性状。Nature Plants同时以新闻和点评（News& Views）形式配发两位瑞士科学家撰写的“Resistance: Double gain with one gene”的新闻点评；3月6日，张献龙教授课题组在Nature Genetics杂志上首次提出了棉花纤维驯化的遗传学基础，而且阐述了驯化对基因转录调控的影响。 

BioArt根据华中农大官网的相关报道将有关内容整理如下：

第一篇：

据南湖新闻网报道（摘录）：1999年，该校的棉花分子生物学研究几乎是零基础；短短4年之后，第一篇SCI收录的研究论文诞生，虽然影响因子不足1，但这标志着棉花研究向前迈进了一大步。瞄准前沿，2006年，棉花团队启动非生物逆境抗性研究，2008年，团队启动生物信息和棉花抗虫生物学研究。2008年前后，团队瞄准国际科研制高点，掌握了成熟的棉花细胞工程技术体系，创造了多项“国际第一”。2012年，团队在Plant Physiology上发表文章，标志着其在棉花基础研究水平向前迈进了一大步。两年后，团队在Nature Communications上发表文章，标志着其在棉花基础研究已达到国际水平。棉花团队坚持“将论文写在大地上”，培育出“华杂棉1号”“华杂棉2号”“华惠103”“华杂棉4号”“华棉3109”和“华杂棉H318”等6个优质、高产、多抗棉花新品种并大面积应用于生产，获得授权发明专利17项。特别值得称道的是“华杂棉H318”在国家组织的区试中具有高产、优质、多抗、适应性广等突出特点，在当年审定的多个品种中综合指数居第一位。这个成果获得国家科技进步二等奖。2017年3月7日，Nature Genetics在线发表了棉花团队重要成果。经过20年的奋斗，棉花团队走过了一个快速发展的历程，华农的棉花科研如同健壮的棉株一样快速成长，并结出一个个硕果。

棉花团队合影。来源：南湖新闻网

3月7日，Nature Genetics在线发表了我校张献龙教授领导的棉花团队的最新研究成果:“棉花驯化过程中的不对称亚基因组选择和顺式调控分歧”(Asymmetric subgenome selection and cis-regulatory divergence during cotton domestication)。这项研究不仅首次提出了棉花纤维驯化的遗传学基础，而且阐述了驯化对基因转录调控的影响。该研究是棉花基因组研究领域的又一重大进展，在棉花功能基因组研究和遗传改良工作中具有重要指导作用。张献龙教授和英国杜伦大学Keith Lindsey教授为本文共同通讯作者，我校博士生王茂军为第一作者。

论文第一作者王茂军博士。图片来源：南湖新闻网

棉花纤维是重要的天然纺织纤维，在国民经济中占据着重要地位。生产上主要棉花栽培种为异源四倍体陆地棉，其生态适应性广，纤维产量占据每年棉花总产量95%以上。从古至今，陆地棉驯化和栽培已有5000年以上。棉花野生种含有大量遗传变异，而长期的人工驯化选择了一些优异的变异，使陆地棉的主要农艺性状发生了显著改变。但是，科学界很少有研究剖析这些性状改变的遗传学基础。

张献龙教授在棉花田。来源：南湖新闻网

中国的陆地棉栽培始于20世纪初，主要从美国引种。中国的陆地棉遗传资源狭窄，同质性较高，使得遗传育种工作遇到了瓶颈。为了揭示人工驯化对基因组的影响，研究者从全世界主要棉区收集了31份陆地棉野生种和321份驯化种进行基因组重测序研究。利用这些数据，研究者构建了陆地棉的首个综合变异图谱，包括单碱基多态性（SNP），插入/缺失（InDel）和结构变异（SV）。通过将野生种与驯化种进行比较，这项研究在全基因组范围内鉴定了93个驯化选择区间。这些区间包含大量功能基因，与陆地棉的一些主要农艺性状的形成有关，例如株高，抗病性和纤维品质等。在今后，通过分子育种手段对这些区间进行整合，可以将野生种质用于改良棉花主要农艺性状。

张献龙教授参加国际会议并回答现场提问。来源：南湖新闻网

长期的驯化过程显著改变了陆地棉的纤维产量和品质。驯化种产量比野生种高，同时纤维品质比野生种好。驯化种能产生白色纤维，野生种纤维略带棕黄色。为了分析控制这些性状改变的遗传学基础，该项研究首先利用267份材料对纤维品质相关性状进行全基因组关联分析，一共鉴定了19个显著位点，其中有4个位点位于驯化选择区间中。该研究进一步从陆地棉A亚基因组鉴定了一些受到驯化选择的基因，与纤维的长度相关；在D亚基因组鉴定了一些与逆境响应相关基因，这些基因在驯化种中下调表达，可能促进纤维的伸长。另外，研究发现D亚基因组的类黄酮代谢关键基因受到驯化选择，在驯化种中下调表达，可能与白色纤维的发育相关。在了解这些控制纤维品质性状的重要基因位点之后，研究者可以进一步对棉花纤维品质进行遗传改良。

对作物的人工驯化常常会改变大量基因的表达水平。为了分析基因差异性表达的原因，研究者巧妙地将DNA酶I酶切测序和三维基因组技术结合起来，鉴定了大量启动子上的顺式调控元件和远距离作用的增强子元件。这些转录调控元件受到了强烈的驯化选择，与基因的差异表达相关。这项研究是首次在植物中对非编码区的调控变异进行分析，为在其他物种中挖掘功能变异提供了重要参考。