10年，他们打磨棉花育种“金钥匙”

团队在新疆的金钥匙棉花试验田。

■本报记者 李晨 通讯员 蒋朝常

2013年炎天0年一个清晨 ，华中农业大学教授、打磨棉棉花团队带头人张献龙把博士一年级学生王茂军叫到办公室
，花育向他提出了一个“灵魂之问”：“棉花是金钥匙个异源四倍体
 ，有两套差距源头0年亚基因组，它们事实是打磨棉奈何样调控纤维发育与品质组成的呢
？”

尔后10年，王茂军在张献龙向导下一步步解开这个下场 
，花育在《做作-遗传学》不断宣告了4篇论文。金钥匙而王茂军也从一位博士生妨碍为华中农业大学教授0年向导自己的打磨棉团队在棉花育种的道路上不断深耕。

其中
，花育第四篇《做作-遗传学》论文于10月16日在线宣告。金钥匙论文剖析了异源四倍体陆地棉两个亚基因组对于纤维发育以及品质组成0年动态协同调控机制，阐释了亚基因组同源基因用于纤维品质改善的打磨棉后劲 ，提出了基因组模块化的优异棉妄想育种想象 ，立异了多倍体性状优势组成的调控实际以及育种理念。

有远见的“灵魂之问”

王茂军至今仍记患上10年前那个清晨 。当他面临张献龙提出的“灵魂之问”快捷搜查大脑中相关知识“内存”时 ，张献龙又问：“天下上有无钻研先例？”“有无相关文献 ？”“咱们能不能做
？”

一个接一个的下场
，实际上都是基于处置“国家的优异棉短缺”的巍峨愿景提出的。

论文通讯作者张献龙见告《中国迷信报》，迷信钻研发现，四倍体陆地棉的两个亚基因组都存在调控棉花纤维品质组成的基因 。既然如斯 ，事实是哪套亚基因组上的基因在调控棉花纤维品质
？概况说，在全局水平上两个亚基因组若何协同调控纤维品质组成？

“由于这个下场不清晰 ，导致陆地棉种质资源的靶向性育种运用不强，限度了陆地棉纤维品质的进一步育种改善。因此 ，钻研两个亚基因组若何协同调控棉花纤维组成这一严正实际下场对于优异棉花纤维育种至关紧张。”张献龙说
 。

在论文配合通讯作者王茂军看来 
，这是一个富裕远见的下场
。

“当时回覆这个下场黑白常难题的 ，咱们的根基颇为单薄。根基单薄到甚么田地呢？咱们连棉花亚基因组甚么模样都不知道
 ，不残缺的四倍体棉花基因组 。以是咱们迈出了第一步，组装异源四倍体棉花——海岛棉的基因组
。”王茂军说。

那时候
，基因组学钻研规模已经是一片“红海”，国内外的钻研者都看到了该规模的钻研价钱 ，每一个月都有新的基因组宣告。

面临单薄的生物信息学根基以及严酷的相助模式
，张献龙鼓舞王茂军别退缩。于是，王茂军向同规模学者请示下场，与课题组成员品评辩说妨碍，从早上7点钻研到破晓12点
 ，奋力追赶基因组学钻研的前沿 。

2015年，海岛棉基因组草图组装实现。张献龙、王茂军等人发现，At亚基因组与Dt亚基因组上 ，退出纤维素分解的关键基因在纤维发育差距时期泛起差距表白 。基于此，他们提出了“亚基因组相助调控纤维发育的接力模子”。

张献龙说：“第一关已经迈以前了  ，前面要处置更深条理的下场 。”

十年步步为“赢”

同年7月，王茂军开始了新一轮钻研——将陆地棉的家养种系与种植种类妨碍比力
 。之以是要睁开这项钻研 ，是由于陆地棉家养种纤维棕黄而短，陆地棉驯化种则具备红色的长纤维。他们想要弄清陆地棉履历了甚么才爆发这种转变 。

2017年，相关钻研下场在《做作-遗传学》上宣告。王茂军说 ，在5000多年的驯化历程中，两个亚基因组中个别唯逐个个亚基因组被家养抉择，剖析其对于纤维品质组成很紧张，“同时这让咱们进一步思考  ，不被育种抉择的另一个亚基因组事实奈何样调控纤维品质”。

于是，他们试验从纤维品质更优的四倍体海岛棉身上追寻谜底。用海岛棉改善陆地棉 ，是否有望患上到产量高 、品质好的事实的棉花 ？

2019年，相关钻研下场再次登上《做作-遗传学》。这一次，他们找到了操作海岛棉特优纤维品质的相关遗传位点以及基因
。“这些基因定向导入到陆地棉的一个亚基因组中
，可能提升陆地棉的纤维品质 。”王茂军说。

棉属普遍扩散于美洲、亚洲 、非洲、澳洲 ，差距棉种植株差距清晰
。于是他们想，是否找到更多的未被运用的优异基因，从而改善棉花纤维的品质 。

他们试验从陆地棉、海岛棉的祖先身上追寻谜底 。2022年，他们第三次在《做作-遗传学》宣告文章。这一次
，他们找到了棉花纤维“从无到有
、从有到优”演化的原因。他们还找到了一些亚洲棉特异的基因，将它们导入陆地棉 ，有望提升纤维品质 。

“凭证持久的钻研  ，咱们判断四倍体棉花两个差距源头的亚基因组是其在育种上的做作优势。”王茂军说 ，“假如能用好这两个亚基因组，棉花纤维品质确定能更上一层楼。”

早在多少年前 ，论文配合第一作者 、团队博士后马益赞就从全天下群集的棉花资料中精心筛选了400份种质。由论文配合通讯作者、华中农业大学教授涂礼莉带队 ，一行13人入驻华中农业大学黄冈基地，妨碍田间试验以及样品群集，同时在室内睁开基因敲除了试验验证……

随后 ，名目正式进入数据合成阶段，团队进入3天一品评辩说的“妖怪”方式。

从数据纪律
，到揭示方式、颜色搭配 ，再到翰墨形貌 ，王茂军在每一处细节上都为虎傅翼。团队博士生戚正阳说：“不论聚餐、散会仍是出差，咱们都离不开课题品评辩说。”

“我清晰科研的道路上总会有良多挫折
，我也履历过。”王茂军说 ，“做科研是件侥幸的事 ，我愿望学生都能体味到。”

团队博士生尤佳琦说：“为排遣科研压力，王教师每一每一同咱们分享一些历史故事。尽管使命很辛勤  ，但每一总体都充斥斗志以及劲头儿  。”

他们的支出在往年不断着花服从，第四篇《做作-遗传学》论文10月上线。

两代人的接力

从2019年到2023年，王茂军的钻研小组已经从5人强盛到了23人，至少两代人患上到了磨炼与妨碍。

在张献龙的教育下，王茂军妨碍为独当一壁的青年科研职员 。在王茂军的教育下，博士生尤佳琦  、刘振平 、戚正阳等从跟在师兄 、师姐眼前的小师弟 、小师妹 ，妨碍为值患上依靠以及信托的师兄 、师姐。

经由10年不懈探究
，团队师生深深地感受到做科研是一件既辛勤又侥幸的事，接下来他们要把论文下场投入性状运用以及破费实际。

“咱们当条件出的经由优化亚基因组同源基因表白来改善纤维品质的想象
，算是对于10年前张教师提出的下场的开始、较为详尽的回覆。”王茂军说，“咱们找到了陆地棉两个亚基因组‘接力’协同调控纤维品质组成的基因模块 ，并合成了其在育种历程中的运用情景 ，为进一步精准改善纤维品质提供了实际凭证。”

他们合成了如今破费上的种植种类，惟独约莫30%的两个亚基因组都存在的纤维相关基因被大部份种类运用了。王茂军说 ，这就表当初两个亚基因组中尚有至关一部份基因不同时被育种运用，即两个亚基因组对于纤维品质的贡献尚有重大后劲值患上开掘 。

“它是咱们在多倍体物种中睁开育种运用、改善性状的一把‘金钥匙’。要更清晰地回覆‘灵魂之问’
，尚有良多钻研需要睁开 。突破砂锅问事实，未来咱们将不断打磨这把‘钥匙’ ，进一步增长基因组妄想育种，育成优异高产的棉花种类 。”王茂军说。

张献龙说：“咱们已经做了良多根基钻研以及实际钻研，打下了很好的根基。可是钻研最终理当落在种类改善上，要开拓育种新技术并育成更好的种类
，为棉农削减福祉。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41588-023-01530-8