南通大学生命科学学院教授王凯团队联合浙江大学，完成了四倍体陆地棉标准系TM-1端粒到端粒的全基因组组装，首次揭示了多倍体作物着丝粒的动态演化规律。近日，相关研究成果发表在《自然—遗传》上。
作为异源四倍体种，陆地棉基因组结构复杂且重复序列高，这给基因组组装和解析带来了巨大的挑战。以往的基因组组装存在着连续性和完整性不足的问题，很多基因组区域的序列信息缺失，严重制约了对棉花基因组结构和功能的研究。
南通大学生命科学学院副教授韩金磊表示，得益于超长读长测序技术和高精度测序数据，团队成功构建了陆地棉的端粒到端粒的完整基因组序列图谱，长度达到2299.6 Mb。研究表明，陆地棉标准系TM-1端粒到端粒的基因组包含79642个高置信度蛋白编码基因，较以往版本新增了6000多个基因，尤其在富含亮氨酸重复受体激酶等抗病、抗逆相关基因的注释上提升显著，为棉花遗传研究和育种工作提供了更加精确和详尽的数据基础。
填补基因组空白的同时，研究团队还揭示了陆地棉着丝粒序列的非对称演化机制。作为真核生物染色体的重要结构，着丝粒决定了细胞分裂过程中染色体的正确分离。团队研究发现，陆地棉着丝粒较二倍体祖先有22个着丝粒发生明显扩张现象，并伴随染色体倒位、片段插入或缺失等结构变异。
王凯表示，这些改变通过调控着丝粒微环境，从而“重塑”多倍体化的基因组，可提高棉花的生存能力，使其在复杂环境下依然能够稳定生长。这一新发现不仅为研究小麦、油菜等多倍体作物的基因组稳态和适应性演化研究提供了范式，也为棉花精准设计育种奠定了理论基础。
据悉，该研究不仅填补了以往发表的棉花基因组版本中数万个空白区域，还首次系统解析了棉花26条染色体的着丝粒和端粒结构，为理解植物多倍体化后的基因组稳态与适应机制提供了关键线索。未来，团队将进一步探索着丝粒变异驱动染色体稳定性及作物抗逆性的分子机制，为应对全球气候变化和粮食安全挑战提供新的育种策略。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41588-025-02115-3
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