参与申报2025年度河南省自然科学奖材料公示
公示日期：2025年5月13日至2025年5月19日（5个工作日）
成果名称：棉花进化与逆境响应的核质基因组学基础及分子机制
完成单位：中国农业大学
主要完成人：彭仁海（安阳工学院）；刘方（中国农业科学院棉花研究所）；华金平（中国农业大学）；李鹏涛（安阳工学院）；韦洋洋（安阳工学院）、王坤波（中国农业科学院棉花研究所）；赵楠（中国农业大学）；蔡小彦（中国农业科学院棉花研究所）；刘玉玲（安阳工学院）、许艳超（中国农业科学院棉花研究所）
项目简介：
棉花是世界上重要的天然纤维作物，基因组大、重复序列多，是多倍体物种起源、多倍化、系统演化、适应性驯化等研究的模式植物。受限于棉属染色体结构和核质基因组信息不完善，适应性辐射、近乎及抗逆发生分子机制研究也一直是个未解之谜。野生棉具有许多优异遗传性状，但因有关基本理论不够清晰而难以得到利用。随着新品种产量水平的提高，栽培棉自身遗传资源越来越凸显狭窄。
该项目基于染色体→基因组→优良基因源挖掘→优质新品系创制的工作思路，首次较系统研究了进化与逆境响应的核质基因组学基础及分子机制，为棉花遗传育种和开花植物的全球辐射研究提供参考。
项目的主要研究成果包括：
1、首创了棉花线粒体基因组分离技术，系统完成了棉属物种的线粒体和叶绿体基因组进化分析；发现了核基因组与线粒体基因组DNA呈双向交流模式，而与叶绿体基因组DNA呈现只出不进的单向保守模式；解析了不育胞质线粒体基因组，鉴定出33个不育orf。这些涉及的棉花细胞质基因组解析是一项开创性工作，揭示了棉花胞质基因组结构特征、核质DNA交流规律，是世界领跑性科研进展。
2、1.2首次解析了AD6、AD7、Ghp和G2的基因组；创新了棉花Oligo-FISH等技术，提高了染色体和基因组结构研究的精度；进化分析发现二倍体棉种经历了多次多倍化事件，四倍体棉种演化呈Gh-like与Gb-like两种类型。本项目完善了棉花多维FISH技术体系，提高了棉花染色体和基因组研究的精准度，补充完善了四倍体棉种全基因组数据，开创了超大基因组棉种分析的先河，为探讨棉属物种进化与多倍化研究提供了新的理论指导。
3、发现棉属植物响应不同起源地逆境呈多元适应性分化；基于其分子机制的解析，发掘了抗逆等多类型的优异基因，并验证了CYP450s、GhACX3、GhGLK1等重要基因的功能，创制了源于野生资源材料的优异新种质，育成了优质多抗的棉花新品种。这些棉花多元适应性分化相关基因的批量挖掘，为棉花综合农艺性状的改良奠定了源源不断的可资利用的物质基础，体现了本重要发现研究思路的前瞻性。此外，种间隔离技术的突破解决了棉属远缘杂交的瓶颈，棉属种间杂种材料的创造与利用，为棉花遗传改良和综合农艺性状提升提供物质基础。
如有异议，请联系农学院：010-62733399 邮箱:zhangchenyang@cau.edu.cn
主要完成人情况表 .pdf