南京农业大学国家重点实验室联合发表《GenomeBiology》

　　中国南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室、美国德州大学和德州A&M大学的科学家们分析了驯养的异源四倍体棉花和其4倍体和2倍体亲缘植物的1200万个差异甲基化胞嘧啶的综合表观基因和功能。

　　生物通报道：中国约有2000年的棉花种植历史，是世界三大产棉国之一。长绒棉（纤维柔长）是纺高支纱的关键材料，高端色织、家纺等国内顶尖产品和出口的高附加值纺织品及服装，无一例外需要使用以长绒棉为主要原料的纱线。世界上只有中国、美国和埃及出产。

　　作为纺高支纱的关键材料，长绒棉的培育也是几大棉花进出口国的科研必争之地。但是这种棉花生长期长，需要的热量大，如何在有限的土地上收获更多的优质棉花？如何拓展棉花的种植区域？

　　近几十年，科学家们发现生物体的许多表征不仅由基因控制，还取决于DNA以外的过程，这些过程决定了基因的表达与否、表达时间和表达数量，研究这些过程的科学被称作表观遗传学。利用表观遗传学手段，科学家们开辟了一种全新的植物和动物培育方法，不改变它们的基因，而是选择性地打开和关闭基因的表达来创造新的品种。

　　多倍体是所有开花植物和部分动物的进化特征之一，可导致遗传和表观遗传变异，影响基因表达和形态学。DNA甲基化变化产生的减数分裂的稳定表观等位基因（epialleles，DNA序列相同，但DNA甲基化模式不同的等位基因），并且可通过选择育种传递下去。但是，DNA甲基化和多倍体植物培育之间的关系现阶段仍然扑朔迷离。

　　中国南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室、美国德州大学和德州A&M大学的科学家们分析了驯养的异源四倍体棉花和其4倍体和2倍体亲缘植物的1200万个差异甲基化胞嘧啶的综合表观基因和功能。

　　在这项最新研究中，研究人员鉴定了野生棉花品种和驯化棉花之间500个基因的表观遗传修饰。其中包括已知的一些与农艺性状有关的基因。这些信息可以帮助育种人员开发高纤维产量、抗旱、耐热、抗虫害等优良品种。

　　德州大学分子生物学系教授、南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室的陈增建（Z. Jeffrey Chen）说：“了解这些信息将拓展我们的遗传育种和表观育种知识，将表观遗传学变化与植物开花和胁迫反应联系起来，我们就可以重新激活驯化棉花的某些抗胁迫基因。”

　　陈教授和其同事在《Genome Biology》上报道了一系列与天然DNA甲基化有关的基因或遗传因素的开合名单。每一种甲基化修饰途径都为与其相对应的表观遗传学育种提供了重要线索。

　　棉花是世界上最大的纤维作物，150多个国家从事着棉花出口和进口工作，例如中国的新疆阿瓦提、美国乌普兰、印度古吉拉特邦、澳大利亚昆士兰等等。当野生品种为了适应环境变化形成杂交品种时，DNA甲基化变化也与此同时形成。本篇文章的一个关键发现是，使热带棉花适合其他生长环境的遗传变化并非基因改变，而是表观遗传学改变。

　　美国和中国境内的野生棉花有一个甲基化的基因（COL2），能防止棉花在日照时间较长的夏天开花。而驯养棉花的该基因缺乏甲基化修饰，于是该基因便一直表达，使得棉花种植从此不受日照时常限制走向全球。

　　陈教授说，现代人可以用化学物质或CRISPR/Cas9等基因编辑技术来改变基因的甲基化修饰，使棉花、咖啡、土豆、香蕉、玉米、小麦和油菜的育种工作更有针对性。