陆地棉花（Gossypium hirsutum）占全球棉花产量的90%以上，作为异源四倍体，是多倍体作物驯化的模型植物，是植物遗传和基因组学研究的常见研究对象。

浙江大学张天真教授团队联合南通大学王凯教授团队合作完成了四倍体陆地棉的完整端粒到端粒（T2T）基因组组装-T2T-TM-1，揭示了多倍体作物着丝粒的动态演化规律，为理解植物多倍体化后的基因组稳态与适应机制提供了关键线索，对作物的进化及遗传改良具有重要意义。该成果发表在期刊Nature Genetics上，文章题目“Post-polyploidization centromere evolution in cotton”。诺禾致源为本研究提供了二代、三代建库测序与部分分析服务。

主要结论

1.基因组组装与注释

利用PacBio HiFi reads （50×）和ONT超长reads （70×）进行陆地棉基因组的组装，组装共计获得A、D两个亚基因组，26条染色体，基因组大小2.3Gb，不仅填补了以往发表的基因组版本中数万个空白区域，而且首次系统解析了26条染色体的着丝粒和端粒结构，共检测到47个端粒和全部26个着丝粒。基因组BUSCO值为99.5%，基因组共注释到79642个基因，较以往版本新增了6106个基因，重复序列占基因组的 66.05%。

2.多倍体作物着丝粒序列的动态演化

着丝粒体是复杂的串联重复序列阵列，它们是动粒加载的位点，从而在有丝分裂过程中协调准确的染色体分离。但是，着丝粒区域的快速演化机制一直成谜。该研究发现着丝粒相关重复序列（CRS）富集于Gypsy-like反转录序列，且这些重复序列主要来源于其二倍体D祖先基因组（G. raimondii）。在多倍体化过程中，D基因组的着丝粒重复序列不仅自身扩增，还“入侵”到A亚基因组并大量增殖，驱动两个亚组着丝粒的动态平衡一致，最终维持多倍体基因组的遗传稳定。

研究还揭示，陆地棉着丝粒平均长度达1.43 Mb，与二倍体祖先相比，有22个着丝粒发生明显扩张现象，染色体共线性分析表明，四倍体与两个二倍体祖先之间着丝粒区域发生染色体倒位、片段插入/缺失等结构变异。这些改变可能通过调控着丝粒微环境，助力多倍体棉花适应基因组加倍带来的生存挑战。

图1 端粒到端粒（T2T）完整陆地棉参考基因组组装

参考文献：

[1] Yan H, Han J, Jin S, Han Z, Si Z, Yan S, Xuan L, Yu G, Guan X, Fang L, Wang K, Zhang T. Post-polyploidization centromere evolution in cotton. Nat Genet. 2025 Apr;57(4):1021-1030. doi: 10.1038/s41588-025-02115-3.