近日，中国农业科学院棉花研究所联合多家单位利用多组学数据首次系统解析棉花胚珠发育早期代谢网络与调控基因的动态互作机制，揭示了MYB基因在陆地棉驯化过程中的调控枢纽作用，并构建了高质量棉籽和棉纤维代谢物数据库，为棉花分子设计育种与下游加工产业升级提供“理论+数据”双支撑。相关研究成果发表在遗传学期刊《自然·遗传学（Nature Genetics）》上。

作为全球最重要的纤维作物，棉花纤维品质、产量形成机制及棉籽加工价值挖掘长期是科研界与产业界的双重攻关重点。理解早期胚胎发育的复杂过程对于揭示植物细胞分化和器官形成机制意义重大。在棉花的胚珠和纤维发育的早期阶段，基因的整体表达活性显著增强，这一过程对纤维细胞的启动和伸长、棉籽营养成分的积累等重要生物过程至关重要。

该研究采用大样本多维度组学分析策略，对403份陆地棉种质资源花后5天的胚珠（棉纤维和棉籽发育关键阶段）进行深度测序与整合分析，成功鉴定出2960个代谢数量性状位点（mQTL）和24485个表达数量性状位点（eQTL），构建了目前棉花领域最全面的“变异组-转录组-代谢组-表型组”数据库。基于海量代谢组数据，该研究系统收录棉籽发育早期关键代谢物信息，结合成熟种子的营养评价，可形成直接服务于加工产业的棉籽代谢物数据库，为解析棉籽油脂、蛋白及功能活性成分的合成机制提供精准数据参考。该研究还发现A07染色体上的关键调控位点ME_A07，与252种已知代谢物与4293个基因的表达存在显著关联，暗示其潜在的调控规模与广度。大规模种质资源群体分析还表明，ME_A07位点在陆地棉驯化过程中扮演重要作用，可能是棉纤维从“有色（棕）不可利用”转变为“无色（白）可利用”的关键开关。进一步研究证实，MYB家族基因GhTT2_A07是该位点的关键基因，该基因可能受其上游一个520 Kb的倒位精准调控。基因功能研究表明，GhTT2_A07可通过跨代谢通路调控，同时参与初级与次级代谢物合成，既直接影响纤维长度、衣分等农艺性状，又关联棉籽中脂肪酸组成等加工关键指标；另一个GhTT2_A07的同源基因GhPAR（A06染色体），则聚焦调控原花青素含量，可能同时与品种生态适应性和棉籽抗营养因子含量相关。两个同源基因的“功能冗余保障+时空表达特异性”，共同协调棉纤维发育与棉籽代谢协同调控的分子网络，实现对棉花“纤维-棉籽”双器官性状的定向调控。研究成果不仅从理论上揭示了同源基因的功能分化在棉花重要性状形成过程，同时通过棉籽代谢物数据库的构建与应用，为定向改良棉籽加工品质提供了明确基因靶点，为棉籽高值化资源利用提供理论和数据支撑，推动棉花产业从育种到加工的全链条精准升级。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、新疆科技重大专项、中国农业科学院青年创新计划、河南省自然科学基金及中国农业科学院科技创新工程等项目联合资助。

作者：农民日报全媒体记者 李丽颖