近日，中國農業科學院棉花研究所聯合多家單位利用多組學數據首次系統解析棉花胚珠發育早期代謝網絡與調控基因的動態互作機制，揭示了MYB基因在陸地棉馴化過程中的調控樞紐作用，并構建了高質量棉籽和棉纖維代謝物數據庫，為棉花分子設計育種與下游加工產業升級提供“理論+數據”雙支撐。相關研究成果發表在遺傳學期刊《自然·遺傳學（Nature Genetics）》上。

      

      作為全球最重要的纖維作物，棉花纖維品質、產量形成機制及棉籽加工價值挖掘長期是科研界與產業界的雙重攻關重點。理解早期胚胎發育的復雜過程對于揭示植物細胞分化和器官形成機制意義重大。在棉花的胚珠和纖維發育的早期階段，基因的整體表達活性顯著增強，這一過程對纖維細胞的啟動和伸長、棉籽營養成分的積累等重要生物過程至關重要。

      

      該研究采用大樣本多維度組學分析策略，對403份陸地棉種質資源花后5天的胚珠（棉纖維和棉籽發育關鍵階段）進行深度測序與整合分析，成功鑒定出2960個代謝數量性狀位點（mQTL）和24485個表達數量性狀位點（eQTL），構建了目前棉花領域最全面的“變異組-轉錄組-代謝組-表型組”數據庫。基于海量代謝組數據，該研究系統收錄棉籽發育早期關鍵代謝物信息，結合成熟種子的營養評價，可形成直接服務于加工產業的棉籽代謝物數據庫，為解析棉籽油脂、蛋白及功能活性成分的合成機制提供精準數據參考。該研究還發現A07染色體上的關鍵調控位點ME_A07，與252種已知代謝物與4293個基因的表達存在顯著關聯，暗示其潛在的調控規模與廣度。大規模種質資源群體分析還表明，ME_A07位點在陸地棉馴化過程中扮演重要作用，可能是棉纖維從“有色（棕）不可利用”轉變為“無色（白）可利用”的關鍵開關。進一步研究證實，MYB家族基因GhTT2_A07是該位點的關鍵基因，該基因可能受其上游一個520 Kb的倒位精準調控。基因功能研究表明，GhTT2_A07可通過跨代謝通路調控，同時參與初級與次級代謝物合成，既直接影響纖維長度、衣分等農藝性狀，又關聯棉籽中脂肪酸組成等加工關鍵指標；另一個GhTT2_A07的同源基因GhPAR（A06染色體），則聚焦調控原花青素含量，可能同時與品種生態適應性和棉籽抗營養因子含量相關。兩個同源基因的“功能冗余保障+時空表達特異性”，共同協調棉纖維發育與棉籽代謝協同調控的分子網絡，實現對棉花“纖維-棉籽”雙器官性狀的定向調控。研究成果不僅從理論上揭示了同源基因的功能分化在棉花重要性狀形成過程，同時通過棉籽代謝物數據庫的構建與應用，為定向改良棉籽加工品質提供了明確基因靶點，為棉籽高值化資源利用提供理論和數據支撐，推動棉花產業從育種到加工的全鏈條精準升級。

      

      該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、新疆科技重大專項、中國農業科學院青年創新計劃、河南省自然科學基金及中國農業科學院科技創新工程等項目聯合資助。