破解新疆棉花高产优质两难问题！我国科研团队找到棉纤维代谢调控“总开关”

　　天山网-新疆日报讯（记者盖有军报道）7月27日，记者从中国农业科学院西部农业研究中心了解到，该中心棉花分子遗传改良创新团队经过长期系统研究，梳理并阐明了棉铃里的胚珠——也就是将来发育成棉纤维的“小种子”，其内部的各种化学反应是如何决定纤维产量、品质和颜色的，为棉花精准育种搭建起完整理论体系和清晰技术路径。

7月15日，中国农业科学院西部农业研究中心棉花分子遗传改良创新团队科研人员正在进行试验。李伦 摄

　　“这项研究成果，相当于找到了统筹棉花各类物质代谢的核心‘总开关’。”该研究团队首席科学家、中国农业科学院西部农业研究中心副主任杨作仁说。他介绍，长期以来，我国种植面积最广的陆地棉，在育种上有个绕不开的痛点：想要棉花纤维又细又长、色泽优良，往往产量就会下降；如果侧重棉花高产，那么纤维品质，以及棉花抵抗干旱、病虫害等不良因素的抗逆能力，就会大打折扣。产量和品质难以同步提升，成了制约棉花种业升级的关键瓶颈。

　　杨作仁介绍，陆地棉属于一种多倍体作物，遗传信息比普通作物更为复杂，纤维发育牵扯上千种代谢物质，各类物质间的调控网络错综复杂，过去科研人员始终没能理清代谢物和棉花产量、品质等外在农艺性状之间的内在关联。本次研究整合代谢组、转录组、全基因组关联分析等多种前沿技术获得的海量数据，在棉花A07染色体上精准定位了一处关键代谢热点区域ME_A07。研究发现，棉花体内约七成的代谢物都集中在此区域，它相当于棉花纤维发育的“控制中枢”，直接决定棉纤维长短、棉花衣分及纤维色泽三大核心经济性状。

　　进一步研究证实，GhTT2_A07、GhPAR两种MYB转录因子，就像“总开关”一样控制着基因的工作，是调控棉花初生、次生代谢中碳元素分配的核心枢纽。研究证实，GhTT2_A07受一段520kb大片段染色体倒位调控。简单地说，就是有一段染色体发生了位置翻转，它主导棉花基础营养代谢。当GhTT2_A07这个“开关”被拧大、活跃工作时，棉花能够大量合成黄酮类物质，进而提升棉纤维抗逆能力与着色效果，但大量碳元素被分配用于植株抗逆和色素合成，供给棉纤维伸长生长的营养随之减少，最终造成纤维变短、产量下降；而发生了功能分化、分工略有不同的GhPAR作为辅助调控基因，主要对原花青素合成路径进行精细调节，可以适度缓和GhTT2_A07引发的碳源分配冲突——也就是对同一种营养的争夺，在纤维产量和植株抗逆适应性之间建立平衡。两种基因协同发挥作用，从代谢层面清晰揭示了棉花育种中“高产难优质、优质难高产”的内在机理。

　　杨作仁说，基于明晰的分子调控机理，也就是基因层面的工作机制，科研团队结合田间育种现实需求，提出了一套便于落地推广的改良方案：代谢筛选搭配基因编辑，破解棉花优质高产矛盾。研究证实，阿魏酸、葡萄糖酸等代谢物与优质纤维性状密切关联，育种工作者可以把这些代谢物当作筛选指标，无需等待棉花成熟，在苗期就能快速甄别优质育种材料，有效缩短育种周期、减少选育成本；同时利用基因编辑技术改造MYB转录因子调控区域，人工调控棉花体内碳元素分配方向，从而打破高品质与高产量相互制约的遗传连锁难题，培育纤维更长、衣分更高、色泽优良的棉花新品种。

　　杨作仁表示，这套育种方案并不仅仅局限于棉花，还能够推广运用于小麦、油菜等遗传信息同样较为复杂的多倍体经济作物育种，搭建起通用性强、以代谢调控为核心的精准育种技术体系，推动农业生产实现优质高产高效。