4月3日,记者获悉,前不久,2022年度河南省科学技术奖励名单公布。由中国农业科学院棉花研究所(以下简称“中棉所”)主持完成的科研成果“亚洲棉的生物学贡献及其在我国的传播途径”获得2022年度河南省自然科学奖一等奖。该成果率先揭示了亚洲棉是陆地棉的供体种和纤维的主要贡献者,从分子水平证实了亚洲棉在我国“自南向北”传播的规律,为棉属的进化研究和优异基因发掘提供了参考,提升了我国在棉花基础研究领域的国际地位。
亚洲棉和陆地棉有啥关系?为什么要研究亚洲棉?中棉所这一科研成果对于我国棉花生产的意义何在?针对这些问题,记者电话采访了中棉所青年科学家何守朴研究员。
何守朴介绍,我国有近两千年的植棉史。其中,亚洲棉是我国种植历史最长,对中华文明发展贡献最大的栽培棉种。据文献记载,12世纪后期,我国开始规模化种植生产亚洲棉,替代了当时的麻制品。十九世纪中后期,陆地棉从美国引入我国,逐步取代亚洲棉,成为我国唯一大规模种植的栽培棉花。
亚洲棉和陆地棉分属不同的棉种。陆地棉最早驯化自美洲,直到大航海时代亚非大陆(旧世界)和美洲大陆(新世界)有了交流,陆地棉才逐渐进入亚非。
对于此次研究成果“亚洲棉是陆地棉的供体种和纤维的主要贡献者”,何守朴解释,主要是指陆地棉是四倍体(基因组由A,D两套基因组组成),亚洲棉是二倍体(由A基因组组成),以前学术上不清楚“A和D两个基因组谁给陆地棉提供了纤维”,“此次通过我们的研究,发现主要是亚洲棉的A基因组给陆地棉提供了纤维。”他说。
何守朴说,亚洲棉和陆地棉最大的区别在于,陆地棉产量要远高于亚洲棉,亚洲棉的纤维短而且粗,纺织的布为“粗布”。工业革命后,机械纺织需要的纤维较长,陆地棉因产量高、纤维品质好全面取代了亚洲棉。但亚洲棉有早熟、抗旱、抗虫和抗病等陆地棉不具备的特性。
“尽管当前亚洲棉已经不会在我国大面积种植,但是通过基础研究,去发现亚洲棉特有的早熟、抗旱、抗虫和抗病等优异基因,通过将这些基因导入陆地棉,就可以改良陆地棉。”何守朴说,这就是研究亚洲棉的主要价值。
据介绍,自2005年起,中棉所研究团队开始对亚洲棉开展系统研究,奔赴贵州、云南、广西等地区对我国现存棉花种质资源进行抢救性收集,主要目标就是我国传统种植的二倍体栽培棉种—亚洲棉。2009年至2012年期间,分批次走访23个县(市),超过200个村(镇),行程超过1万公里,共搜集到棉花种质资源155份,其中包括45份亚洲棉和110份陆地棉。
历经近二十年,该团队取得了一系列重要的科学发现,解决了棉花基础研究领域的一些关键科学问题:
一是研究团队从基因组水平佐证了亚洲棉是陆地棉的供体种和纤维的主要贡献者,为深入解析棉种演化奠定了基础。
二是证实了两个二倍体栽培棉种——亚洲棉与草棉为“兄弟”关系,二者拥有共同祖先,分化后分别经历了独立的进化和驯化过程,最终形成两个独立栽培种,解决了棉种关系的长期学术争议。
三是从多个角度揭示了亚洲棉在我国“自南向北”传播的规律,基因组证据表明亚洲棉最早零散种植于我国南方,经长江流域再传播到黄河流域后,最终实现规模化种植和生产,并逐渐替代了长期使用的麻制品。
相关成果相继发表在《自然遗传学(Nature Genetics)》和《自然通讯(Nature Communications)》等国际顶尖期刊上。