着丝粒组装成功助力棉花高质量基因组在NG发表

棉纤维是纺织工业最重要的原料。如今栽培的棉花中，最常见的是棉属中的陆地棉TM-1（Gossypium hirsutum L.）和海岛棉（G. barbadense）两个种培育的品系。近日，Nature Genetics以Articles形式在线发表了浙江大学张天真教授团队牵头完成的一篇题为Gossypium barbadense and Gossypium hirsutum genomes provide insightsinto the origin and evolution of allotetraploid cotton的研究论文，报道了棉花两个重要的栽培种陆地棉和海岛棉的参考基因组，为棉花海陆差异形成的遗传机制提供新证据。值得关注的是，该研究中的陆地棉TM-1基因组曾在四年前由同一完成人张天真教授团队公布发表(NatureBiotechnology, 2015)，而此次同一材料为何能够发表在Nature Genetics这一高水平期刊呢？这其中的一个重要意义就是基因组的组装质量得到极大提升，尤其是着丝粒区。

      本成果利用以色列NRGene公司的 DeNovoMAGIC组装技术，结合Bionano光学图谱、高密度遗传图谱、Hi-C辅助基因组组装技术（图1），对陆地棉遗传标准系TM-1的基因组重新进行了组装，并获得了海岛棉Hai7124高质量的基因组序列。此次获得的海岛棉和陆地棉基因组，Scaffold N50最终分别达到了23.44 Mb和15.5 Mb，组装指标较之前发表版本提高了20~90倍，尤其在重复序列富集的着丝粒区域组装完整性有了明显改善（图2）。

             图1 基因组组装策略

研究人员采用棉花着丝粒组蛋白CENH3特异抗体开展ChIP-seq，抓取基因组中的着丝粒序列。测序数据回帖到基因组后证实海岛棉的26条全部26条染色体的着丝粒均被成功组装出，而TM-1也有24条染色体的着丝粒成功组装，相较2015年发表的版本有着极大提升（几乎无完整着丝粒组装成功）。而此时植物中仅有二穗短柄草基因组的全部着丝粒能够组装成功，从而说明发布的四倍体棉花基因组组装处于较高水平。另外，CENH3的ChIP-seq数据对于后续着丝粒的序列组成和结构分析提供了宝贵的资源。