破译棉花遗传的破译“空间折叠密码”

三维染色质空间组织示意图。受访团队供图

■本报记者 李思辉 通讯员 唐瑞婕

如果把棉花DNA比作一根长线,棉花码新传统研究大多聚焦于长线上的遗传一个个“点位”基因,无法看到DNA链条在细胞核内的空叠密折叠、缠绕,间折以及由此产生的闻科91精品国产网站基因调控过程。

在中国工程院院士张献龙带领下,学网华中农业大学教授王茂军课题组发现“三维基因组结构是破译传统DNA序列变异之外可供作物改良利用的新型靶标”,并在此基础上破译了棉花遗传的棉花码新“空间折叠密码”,为拓展现有栽培棉的遗传遗传多样性提供了新方向。

9月16日,空叠密相关研究成果在线发表于《细胞》。间折九一免费看片这是闻科该刊历史上首篇关于棉花的研究论文。

从点位到三维

何谓“棉花三维基因组研究”?学网通俗来讲,DNA不只是破译线性的序列,它还会在细胞核内折叠盘绕。空间构型的变化能够直接调控基因表达,进而左右棉花纤维的长短、品质。三维基因组研究则关注这根DNA链条如何在细胞核内折叠、缠绕,以此理解基因调控的内在逻辑。

对于为何十余年如一日聚焦这项研究,免费观看大片的王茂军介绍,棉花长期驯化和定向育种,在改善纤维品质的同时,也伴随着栽培棉遗传多样性的下降,可利用的优异变异日益有限。因此,突破传统线性DNA变异视角,厘清驯化选择、遗传变异、染色质结构重塑、基因表达及纤维品质之间的抖漫免费版关系,是阐明纤维品质遗传改良分子基础的新切入点。

近3年,研究团队利用涵盖半野生-栽培棉群体的301份陆地棉种质,共获得337套纤维发育的Hi-C数据,构建了棉花群体纤维的泛三维基因组图谱,使驯化的相关染色质空间结构能够在种质间进行比较和量化。

通过整合群体重测序、泛基因组结构变异和Hi-C数据,研究人员发现,序列变异在染色质拓扑结构域(TAD)重构位点显著富集。然而,男生女生差差DNA序列并不能解释全部的三维结构变化,例如群体中部分染色质重构伴随染色质开放性或组蛋白修饰改变。这表明,除DNA序列差异外,不同棉花种质之间还存在多样的空间调控差异。

传统全基因组关联分析虽然可以研究“哪些DNA变异与性状相关”,却很难解释大量非编码变异如何通过所处的核内空间结构影响基因表达和表型。为此,该研究开发了染色质互作组关联分析方法CIWAS,将TAD边界绝缘强度和染色质环互作强度作为可量化的分子性状,进一步连接了基因型、基因表达和纤维品质。

锁定59个三维结构特征

该研究筛选出与优异纤维相关的39个TAD边界和20个染色质环,提供了潜在可用于纤维品质改良的三维结构靶标。CIWAS不仅能够辅助识别传统GWAS难以解析的调控信号,也使TAD边界和染色质环等三维结构能够被有效纳入复杂性状遗传分析中。

研究团队进一步将呈现群体分化的TAD边界和染色质环,与基于序列定义的驯化选择信号结合,鉴定出88个边界和203个染色质环呈现纯化选择信号;再整合驯化选择、三维结构和基因表达信息,锁定了9138个相关表达基因,其中904个在栽培棉中上调的基因显著富集于纤维发育过程。

基于具有明确功能的调控分化基因,他们构建了纤维驯化相关基因调控网络,将三维结构分化、转录重编程与纤维发育关键通路联系起来。由此,该团队把棉花驯化的分子图景,从线性序列选择延伸至核内空间调控,从而揭示了DNA序列之外隐秘的“三维驯化印记”。

为进一步揭示三维结构形成的序列基础,研究团队利用深度学习模型和计算机饱和突变分析,从棉花基因组中鉴定出2701个可能影响三维结构的高效应片段。这些DNA序列可能承载着维持染色体空间折叠的信息。

总体而言,该研究将驯化选择、遗传变异、空间结构重塑与纤维性状纳入同一遗传解析框架,再次印证三维基因组结构是传统DNA序列变异之外可供作物改良利用的新型靶标,破译了棉花遗传的“空间折叠密码”,为拓展现有栽培棉的遗传多样性提供了新的方向。

“接下来,我们希望不再只是描绘三维基因组图谱,而是进一步理解哪些染色质空间结构可以被预测、被干预、被重塑,并最终让这些隐秘的分子靶标服务于棉花纤维品质改良。”王茂军说。

张献龙则表示,这项研究既回应了基础生物学问题,又对接了棉花产业发展需求,可谓一举两得。未来,他希望带领研究团队在此基础上,开发提高棉花纤维品质的方法,并将其应用到棉花之外的更多作物上,助力农作物的精准遗传育种,助推我国农业产业的提质增效。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.038

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Feezy个人首专发布,带你开启未来之旅

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泉州出台专项规划 力争到2025年基本建成海洋强市

来自市海洋与渔业局的消息,日前,泉州市级重点专项规划——《泉州市“十四五”海洋强市建设专项规划》正式印发。《规划》提出,力争到2025年,全市海洋生产总值达4500亿元左右,全市港口吞吐量突破1.8亿吨,基本建成海洋强市。(泉州晚报记者 谢曦)

根据《规划》,“十四五”期间,我市将以海丝重要门户城市建设为中心,着力完善“一湾三环多区”空间格局,推进海洋产业高质量发展,不断完善海洋基础设施建设,提升海洋科技创新和成果转化能力,积极融入“双循环”新发展格局,持续改善海洋生态环境,全面提升海洋综合管理能力和社会服务水平,力争到2025年,基本建成海洋强市。

《规划》明确提出了“一湾三环多区”空间布局,突出“一湾引领、三环协同、多区发力”,并积极融入闽西南陆海联动发展轴,推进对台现代海洋产业集聚区建设,优化战略支撑空间。“一湾”即泉州湾海洋经济优化发展区,以两江四岸为主要承载,高质量谋划环湾城市新区。“三环”为环湄洲湾南岸地区、环围头湾地区和环深沪湾地区。“多区”即泉州台商投资区、泉州(泉港、泉惠)石化工业区、海西(惠安、石狮、晋江)海工机械装备制造基地、晋江滨海新区、石狮海洋生物科技园区、临港物流园区、滨海旅游区。

面向未来,泉州市将积极融入“双循环”新发展格局,推进海丝深度融合发展,深化泉台海洋经济合作,着力加强区域海洋合作,在构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局中发挥重要作用,服务国家重大战略,打造国内大循环重要节点。

在发展海洋经济的同时,我市将积极构建海洋生态文明体系,提高海洋资源利用效率,加强陆海污染监管整治,加强海洋生态保护修复,推动海洋生态价值转化。《规划》要求,要优化海洋“两空间内部一红线”格局,规范岸线和海域投资强度;推进重点海洋生态区的保护和重点生态廊道建设,构筑沿海绿色屏障,沿海蓝色“海洋”生态屏障;形成以国家海洋公园为主体、海洋自然保护区为基础,各类自然公园为补充的海洋自然保护地体系;加强海洋生物多样性保护。

在此基础上,我市将完善海洋综合治理体系,以建成完备、高效的海洋保护开发、综合管理和公共服务体系为目标,推进海洋治理体系和治理能力现代化。

“十四五”期间海洋经济发展主要任务

●构建高质量现代海洋产业体系,重点打造“海上粮仓”,发展临海石化、海工装备制造和船舶修造等现代临港工业基地,培育发展海洋生物医药及制品等海洋新兴产业,加快发展滨海休闲旅游等现代海洋服务业,推进产业基础高级化、产业链现代化。

●统筹存量和增量、传统和新型基础设施发展,推进智慧海洋工程建设,加强现代化港口建设,完善沿海综合交通网络,健全海洋防灾减灾设施,构建系统完备、智能绿色、安全可靠的现代化涉海基础设施体系。

●实施创新驱动发展战略,加强海洋科技创新主体培育,加快突破重点领域关键技术,提升海洋科技成果转化水平,全面提升海洋科技创新水平。