■记者 李思辉 通信员 唐瑞婕

假如把棉花DNA比作一根长线，传统研究年夜多聚焦在长线上的一个个“点位”基因，没法看到DNA链条于细胞核内的折叠、环绕纠缠，以和由此孕育发生的基因调控历程。

于中国工程院院士张献龙领导下，华中农业年夜学传授王茂军课题组发明“三维基因组布局是传统DNA序列变异以外可供作物改进使用的新型靶标”，并于此基础上破译了棉花遗传的“空间折叠暗码”，为拓揭示有栽培棉的遗传多样性提供了新标的目的。

9月16日，相干研究结果于线发表在《细胞》。这是该刊汗青上首篇关在棉花的研究论文。

三维染色质空间构造示用意。受访团队供图

从点位到三维

何谓“棉花三维基因组研究”？通俗来说，DNA不只是线性的序列，它还有会于细胞核内折叠盘绕。空间构型的变化可以或许直接调控基因表达，进而摆布棉花纤维的是非、品质。三维基因组研究则存眷这根DNA链条怎样于细胞核内折叠、环绕纠缠，以此理解基因调控的内涵逻辑。

对于在为什么十余年如一日聚焦这项研究，王茂军先容，棉花持久驯化及定向育种，于改善纤维品质的同时，也陪同着栽培棉遗传多样性的降落，可使用的优秀变异日趋有限。是以，冲破传统线性DNA变异视角，厘清驯化选择、遗传变异、染色质布局重塑、基因表达和纤维品质之间的瓜葛，是阐明纤维品质遗传改进份子基础的新切入点。

近3年，研究团队使用涵盖半野生-栽培棉群体的301份陆地棉种质，共得到337套纤维发育的Hi-C数据，构建了棉花群体纤维的泛三维基因组图谱，使驯化的相干染色质空间布局可以或许于种质间举行比力及量化。

经由过程整合群体重测序、泛基因组布局变异及Hi-C数据，研究职员发明，序列变异于染色质拓扑布局域（TAD）重构位点显著富集。然而，DNA序列其实不能注释全数的三维布局变化，例如群体中部门染色质重构陪同染色质开放性或者组卵白润色转变。这注解，除了DNA序列差异外，差别棉花种质之间还有存于多样的空间调控差异。

传统全基因组联系关系阐发虽然可以研究“哪些DNA变异与性状相干”，却很难注释年夜量非编码变异怎样经由过程所处的核内空间布局影响基因表达及表型。为此，该研究开发了染色质互作组联系关系阐发要领CIWAS，将TAD界限绝缘强度及染色质环互作强度作为可量化的份子性状，进一步毗连了基因型、基因表达及纤维品质。

锁定59个三维布局特性

该研究筛选出与优秀纤维相干的39个TAD界限及20个染色质环，提供了潜于可用在纤维品质改进的三维布局靶标。CIWAS不仅可以或许辅助辨认传统GWAS难以解析的调控旌旗灯号，也使TAD界限及染色质环等三维布局可以或许被有用纳入繁杂性状遗传阐发中。

研究团队进一步将出现群体分解的TAD界限及染色质环，与基在序列界说的驯化选择旌旗灯号联合，鉴定出88个界限及203个染色质环出现纯化选择旌旗灯号；再整合驯化选择、三维布局及基因表达信息，锁定了9138个相干表达基因，此中904个于栽培棉中上调的基因显著富集在纤维发育历程。

基在具备明确功效的调控分解基因，他们构建了纤维驯化相干基因调控收集，将三维布局分解、转录重编程与纤维发育要害通路接洽起来。由此，该团队把棉花驯化的份子图景，从线性序列选择延长至核内空间调控，从而展现了DNA序列以外隐秘的“三维驯化印记”。

为进一步展现三维布局形成的序列基础，研究团队使用深度进修模子及计较机饱及突变阐发，从棉花基因组中鉴定出2701个可能影响三维布局的高效应片断。这些DNA序列可能承载着维持染色体空间折叠的信息。

整体而言，该研究将驯化选择、遗传变异、空间布局重塑与纤维性状纳入统一遗传解析框架，再次印证三维基因组布局是传统DNA序列变异以外可供作物改进使用的新型靶标，破译了棉花遗传的“空间折叠暗码”，为拓揭示有栽培棉的遗传多样性提供了新的标的目的。

“接下来，咱们但愿再也不只是描绘三维基因组图谱，而是进一步理解哪些染色质空间布局可以被猜测、被干涉干与、被重塑，并终极让这些隐秘的份子靶标办事在棉花纤维品质改进。”王茂军说。

张献龙则暗示，这项研究既回应了基础生物学问题，又对于接了棉花财产成长需求，堪称一石二鸟。将来，他但愿领导研究团队于此基础上，开发提高棉花纤维品质的要领，并将其运用到棉花以外的更多作物上，助力农作物的精准遗传育种，助推我国农业财产的提质增效。

相干论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.038

《中国科学报》 (2026-09-17 第1版 要闻)

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