棉花基因组结构与功能的比较基因组学研究

Being the most important fiber plant, cotton has just been sequenced its D genome sequence. However, the complexity in its genome composition has restricted to perform a comprehensive analysis, especially about the scale of polyploidization, which two sequencing consortium have been in controversy. We attribute this to the unavailability of tools to analyze complex genomes. It is of great importance to do a comprehensive analysis of cotton genome for scientific research and potential economic merits. Here we aim at developing new approaches and tools to analyze complex genomes and will use them to explore the structure of cotton genome, reconstruct the subgenomes involved in polyploidization, determine major chromosomal rearrangements, infer ancestral genomes at key evolutionary nodes, and produce alignment of cotton and related genomes. Based the above analysis, and phylogenetic and evolutionary theories, we will explore the evolutionary rules grasping key genes, gene families and regulatory pathways. This work will lay a genomics foundation of further research in cotton community, and provide useful approaches and tools to decipher other complex genomes.

棉花是人类最重要的纤维作物，刚刚完成的棉花D基因组测序，为研究和改良棉花性状提供了资源。因此对D基因组的深入分析具有重要的科学意义和潜在的经济价值。然而棉花复杂的基因组特征影响了对其结构和多倍化发生规模的深层次研究，以致两个棉花基因组测序小组得到了完全不同的结论。我们认为这主要是因为缺乏分析复杂基因组的方法和软件。本项目旨在以棉花基因组分析为核心，开发新的解析复杂基因组的方法和软件，用于解析棉花基因组的结构，重建多倍化过程中多个子基因组的构成，确定多倍化事件后基因组发生的主要重排事件，重构进化过程中多个节点的祖先基因组的主要构成，生成多个相关基因组的联合比对，同时基于系统发育和进化理论的分析，探索与棉花发育相关的多个重要基因、基因家族和调控路径功能的进化规律。项目研究成果将有力支持棉花其它相关领域研究，并为解析其它复杂基因组提供方法和工具。

作为人类最重要的纤维作物，棉花D基因组测序刚刚完成，然而复杂的基因组结构阻止了对它的结构进行深入的分析，对于进化过程中多倍化发生的规模还没有进行深入的分析，甚至两个基因组测序小组得到了完全不同的结论，我们分析这主要是因为缺乏对复杂基因组进行分析的方法和软件；对棉花基因组的深入分析具有重要的科学意义和潜在经济价值；本项目组开发了新的解析复杂基因组的方法和软件，并以棉花基因组分析为核心，解析了其基因组的结构，发现棉花祖先基因组的十倍体构成，重建了多倍化中的多个子基因组的构成，确定了多倍化发生后基因组发生主要重排事件，重构了进化过程中多个节点的祖先基因组的主要构成，生成了多个相关基因组的联合比对，并且基于系统发育和进化理论的分析，探索了多个重要基因、基因家族和调控路径功能进化规律。项目研究成果有力地支持棉花领域其它相关研究，并为解析其它复杂基因组提供方法和工具。另外，我们把相关分析方法和工具用于了豆科植物和榴莲基因组的分析；特别是在后者分析中，通过与棉花基因组的比较，阐明了两物种中各自受多倍化影响的进化史。