由中国农业科学院棉花研究所、深圳华大基因研究院和北京大学等多家单位合作完成的二倍体棉属植物——雷蒙德氏棉的基因组研究成果于2012年8月26日在《自然•遗传学》（Nature.Genetics）杂志上在线发表（http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.2371.html）。

在本研究中，科研人员成功绘制了高质量的雷蒙德氏棉基因组图谱，并对其进化机制及相关功能基因进行了初步分析，为进一步加快棉花品种的遗传改良，提高产量质量，培育抗病虫害棉花新品种奠定了重要的遗传学基础，同时也向全面揭示棉属植物基因组迈进了重要一步。

棉花是全球重要的经济作物之一，它可作为一种纤维植物为纺织行业提供重要的天然原料，也可作为油料作物为食品行业提供棉籽油等。除经济价值外，棉花更是研究多倍体型、细胞伸长以及细胞壁合成的重要模型。棉花属共包括5个四倍体棉种和45个二倍体棉种，分属于A、B、C、D、E、F、G、K和AD基因组。雷蒙德氏棉（Gossypium raimondii）属于D5基因组棉种，多数研究认为其与四倍体棉种D亚基因组供体亲缘关系最近，并推测雷蒙德氏棉可能为棉花异源四倍体的形成提供了父本来源。

在本研究中，科研人员对一株连续自交六代的纯系雷蒙德氏棉的DNA样本进了全基因组测序，测序覆盖度达103.6X，组装得到的雷蒙德氏棉基因组大小约为775.2Mb，随后，他们将73%的组装序列定位到13条染色体上。通过从头预测、同源预测及EST数据比对，研究人员对该基因组进行了注释，并鉴定出40,976个蛋白编码基因，其中92.2%与转录组数据相匹配。经过与其他已知序列的植物物种比较后，他们发现雷蒙德氏棉基因密度较低，转座因子比例较高，其中大部分来源于长末端重复序列扩增（LTR）。

研究人员通过比较基因组及进化分析，发现雷蒙德氏棉与可可树（Theobroma cacao）属于同一分支，二者可能在3300多万年前发生了分化。通过对雷蒙德氏棉与可可树旁系同源基因的分析，他们发现雷蒙德氏棉约在1300万-2000万年前经历了一次全基因组复制事件，同时还发现雷蒙德氏棉中存在六倍体化事件，而这种六倍体化事件是所有双子叶植物在进化过程中都经历过的。此外，经过雷蒙德氏棉基因组自身比对后，研究人员共鉴定出2355个共线性区域，并发现约40%的旁系同源基因出现在不止一个共线性区域，这表明雷蒙德氏棉基因组在进化过程中可能经历过大量的染色体重排事件。

研究人员还对棉花纤维的分化起始、伸长以及棉酚的合成等因素进行了基因功能相关分析。通过对雷蒙德氏棉和陆地棉的纤维发育基因进行转录组差异比较，研究人员发现编码蔗糖合成酶（Sus）、β-酮脂酰-CoA 合酶( KCS)、ACC 氧化酶（ACO）的基因可能与棉花的纤维发育密切相关。他们发现MYB和bHLH转录因子在纤维中的优先表达，可能有助于阐明纤维分化和早期细胞生长的分子机制。此外，棉属植物可以通过累积棉酚及相关的倍半萜类物质来抵抗病虫害，而杜松烯合成酶（CDN）在棉酚的合成中发挥重要的作用。通过系统发育分析，本研究发现雷蒙德氏棉和可可树可能是目前已测序物种中，真正拥有具有棉酚生物合成功能的CDN1基因家族的植物物种。

深圳华大基因研究院该项目负责人王志文表示：“雷蒙德氏棉基因组图谱的完成为陆地棉和海岛棉等四倍体基因组提供了一个参考，将会加快四倍体棉花基因组的研究进展。另外雷蒙德氏棉基因组图谱的发表将会促进棉花纤维形成、棉酚合成、抗病抗逆等问题的深入研究，从而加速棉花新品种的育种，有助于生产出更高质量的棉。”