纤维短而粗的二倍体亚洲棉(Gossypium arboreum) 在中国种植、利用了2000多年。1865年至1950年期间，中国多次从美国和前苏联等国引进四倍体陆地棉(Gossypium hirsutum)品种。陆地棉逐渐取代栽培了2000多年的亚洲棉，成为中国的栽培棉种。解放后的70多年时间里，中国棉花育种工作突飞猛进，培育出许多优良品种，为中国成为世界棉花生产大国和强国作出了重要的贡献。但是，它们的遗传基础、优异基因来源解析不够。

        2023年2月2日，浙江大学农业与生物技术学院张天真教授团队在Molecular Plant发表了题为“Genomic Insights into the Genetic Basis of Cotton Breeding in China”的研究论文，从基因组水平上解析了中国棉花品种改良的遗传基础。

        该研究以16个在中国棉花不同育种历史阶段、生产上发挥重要作用的品种（系）为亲本，历时10多年构建了16个品种（系）互交、自交的重组自交系群体（MAGIC）。16个品种（系）包括了美国最早引进的岱字棉15、斯字棉2B，黄河流域棉区第一个大规模种植的高产品种鲁棉1号，西北内陆棉区大规模种植的军棉1号，长江流域棉区第一个大规模种植品种泗棉3号，1989年至今种植面积最大的中国自育品种中棉所12号。由于经过大量的杂交、重组交换，MAGIC群体比自然群体具有更小的连锁不平衡距离（LD），群体结构简单，QTL鉴定能力更强。通过MAGIC群体重测序及两年三点12个产量和纤维品质等性状的田间鉴定，全基因组关联分析，鉴定出关联114个重要农艺性状的优异基因位点54个。其中，有25个(46.30%)一因多效，同时控制了多个产量、品质等重要农艺性状。这些鉴定出的优异基因位点为中国棉花育种提供了重要基因资源。

        通过全国839个自育品种，11个包括美国和前苏联等国引进祖先种质基因组的系统分析，揭示了这54个优异基因位点的来源（图1）。其中，85%的优异等位变异来源于早期国外引进的种质资源。例如，起源于前苏联C1470 和108Ф，能同时提高纤维长度、强度和伸长率的优质纤维基因GHLSF（图1），主要存在于西北内陆棉区品种。同时，鉴定出7个中国育种家发现、选择固定，在中国棉花生产和育种中发挥了重要作用的新基因。例如，Fov7R抗枯萎病基因的发现与育种利用拯救了中国的棉花产业；黑山棉1号选育固定的chrD03（GHEF）早熟基因（图1），为我国早熟和特早熟棉花品种选育打下了坚实的基础。

图1开花与纤维品质性状位点鉴定及其起源分布研究

        2021年，新疆棉花种植面积已经占我国棉田面积的82.76%，产量却占到中国的89.50%，全球的1/5。皮棉单产2046.4公斤/公顷，全球最高。如何进一步提高新疆棉花的产量，难度很大。而该研究结果揭示了进一步提高新疆棉花品种的产量和品质还大有作为。该研究发现，新疆地方培育品种的优异基因位点主要来自前苏联品种，而大量长江和黄河流域棉区品种优异基因位点则来自美国和非洲品种（系），因此，它们是新疆棉花品种改良的优异基因资源，很容易通过精准育种设计将它们转育到新疆品种中。该研究也提出了利用MAGIC开展精准育种的设计方案。首先，在构建新陆早42、新陆早26等重大品种本底基因型的基础上，通过基因组选择育种手段，精准导入多个鉴定出的产量、品质等优异基因，创制适于新疆种植的新品种。其次，利用基因组和优异基因位点信息，开展不同MAGIC群体系间杂交，优异基因叠加，精准创制新品种。

        浙江大学张天真教授为论文通讯作者。浙江大学李宜谦博士研究生、司占峰助理研究员和新疆生产建设兵团第七师农业科研研究所王国平研究员为论文第一作者。新疆农垦科学院陈红研究员参与了部分工作。研究得到国家自然科学基金、浙江省领军型创新创业团队、新疆生产建设兵团、海南崖州湾种子实验室、浙江大学紫金计划等经费的支持。

        文章链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.01.012