陆地棉染色体倒位引起群体分化及其对早熟性状的影响

The chromosome structural variation (inversion) is one of the major driving forces of species differentiation. The accumulation of favorable genetic mutations could accelerate in population by chromosomal inversion repression of homologous recombination, consequently improving adaptation. Previously, we found obvious group divergence in several independent upland cotton populations, and further analysis indicated that one of the subgroup was mostly consisted of early-maturity accessions. Population genetic analysis demonstrated that the most significant divergence genomic region was located on chromosome A06, which might be caused by chromosomal inversion event. In this project, we plan to identify the precise breakpoints of inversion event on chromosome A06 by integrating various technologies, such as extending population size, constructing high-density genetic map, QTL mapping, breakpoint PCR, RNA-seq and VIGS. Characterization of causal mutations and construction of variation map of chromosome A06 which were induced by inversion, could provide better insights of the formation of early-maturity trait and the chromosome evolution in upland cotton.

染色体结构变异（倒位）是物种群体分化的重要动力之一。通过倒位抑制染色体区间的同源重组，可以加速有利突变在群体中的积累，进而提高物种适应性。前期我们在几个独立的陆地棉群体中均发现显著的群体分化现象，而一个主要由早熟品种组成的亚群可能与A06染色体倒位相关。本项目拟进一步将研究群体拓展到900份，通过代表材料的高深度重测序、利用简化基因组测序（GBS）构建高密度遗传图谱和断点PCR等方法，精准鉴定到A06染色体倒位的断点位置。结合QTL定位，转录组和VIGS等方法筛选断点附近、倒位区间与陆地棉早熟性状密切关联的候选基因并初步验证功能，确定由染色体倒位引起的关键变异，构建陆地棉群体A06变异图谱。探讨A06染色体倒位在陆地棉群体中的起源、演化及对早熟性状的贡献，为进一步揭示陆地棉早熟性状的形成机制提供有用信息。

染色体结构变异（倒位）是物种群体分化的重要动力之一。通过倒位抑制染色体区间的同源重组，可以加速有利突变在群体中的积累，进而提高物种适应性。在陆地棉中，染色体倒位对重要性状的影响上不明确。本项目通过构建陆地棉分离群体，发现生育期QTL分别位于D03和A06染色体上，其中A06染色体QTL与前期发现的倒位区间重叠，表明该区间可能与陆地棉生育期相关。通过对419份核心种质群体分析发现，核心种质将陆地棉分为三个亚群：G1，G2和G3，且这三个亚群具有明显的地理分布和表型特征：G1主要分布在较低纬度长江流域棉区、G2综合性状良好且主要分布在黄流流域棉区、G3主要分布在较高纬度的新疆棉区（北疆）并表现出明显的早熟特征。进一步分析发现陆地棉核心种质亚群的分化主要是由A06和A08两条染色体特定区间倒位所致，明确了陆地棉产生亚群分化的基因组学基础。通过在对超过3000份四倍体棉群体的系统研究发现，A06染色体倒位起源自半野生棉，通过重组后在群体中形成四种主要的单体型，携带不同单体型的亚群之间存在显著的地理分布特征，因此推测A06染色体倒位通过影响陆地棉生育期进而可能影响适应性，是陆地棉行程不同生态型的关键变异之一。