近日，石河子大学联合华中农业大学在国际学术期刊《Genome Biology》（IF 5-year = 11.8,中科院一区）在线发表题为“Multi-parent mapping reveals epistatic architecture and elite haplotypes for multi-trait improvement in cotton”的研究论文。该研究系统解析了棉花复杂农艺性状的遗传基础与上位性互作网络，构建了面向育种应用的多性状优化框架，为破解棉花产量与纤维品质协同改良难题提供了新思路。
棉花在长期驯化和现代育种过程中，大量有利等位基因被持续选择和固定，推动了高产、优质和早熟品种的培育，但也压缩了遗传多样性，使部分潜在优异位点受到主效基因掩盖，并形成产量与纤维品质等性状之间的遗传权衡。传统双亲群体遗传背景较窄，难以充分解析复杂性状背后的微效位点及基因互作关系。
针对这一问题，研究团队历时12年，利用8个遗传背景丰富的棉花亲本，构建了包含319个重组自交系的多亲本高级世代互交群体，即MAGIC群体，并对产量、纤维品质、生育期和株型等19个重要农艺性状开展多环境鉴定。同时，研究整合了318份1978年至2024年间审定的新疆棉花品种，系统分析新疆棉花近半个世纪的现代育种选择轨迹。
通过结合SNP标记和亲本同源片段分析，研究共鉴定出111个SNP数量性状位点和15个亲本单倍型数量性状位点。进一步开展全基因组上位性互作分析，发现3000余个隐匿遗传位点。这些位点单独作用时效应较弱，却可通过特定基因组合显著影响农艺性状，表明棉花复杂性状不仅受主效基因控制，也受到广泛基因互作的调节。在新疆棉花品种群体中，研究鉴定出520个在现代育种过程中持续受到选择的基因组区域。通过整合遗传定位、优异单倍型、上位性互作和育种选择信息，团队建立了多性状协同优化框架，用于筛选同时携带产量和纤维品质有利等位基因的优异材料。该框架在MAGIC亲本衍生品种庄稼汉902和华新103中得到验证，显示出协调提升产量和纤维品质的育种潜力。
该研究表明，MAGIC群体既可用于复杂性状的高分辨率遗传解析，也可直接服务于优异单倍型聚合和新品种培育，为棉花从单基因选择迈向多基因组合设计和多性状协同改良提供了重要理论与材料基础。
石河子大学农学院聂新辉教授，石河子大学棉花生物育种院士工作站、华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室金双侠教授和王茂军教授为论文的共同通讯作者。石河子大学农学院博士研究生韩鹏，华中农业大学研究员尤春源及华中农业大学已毕业博士陈鑫媛（现为广西大学农学院助理教授）为共同第一作者。棉花遗传改良团队首席张献龙教授，石河子大学副教授吴元龙，华中农业大学洪山实验室许忠平研究员及华中农业大学李健英教授共同参与了研究。
研究得到新疆重大科技专项、天池英才引进计划、国家自然科学基金、新疆人才发展基金及中国博士后科学基金等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1186/s13059-026-04202-y
（ 通讯员：吴元龙 李明轩 初审：李玉祥 终审：李智敏 ）
图1基于MAGIC群体与自然群体开展性状解析和棉花遗传改良的整合基因组学框架示意图
图2 多创始亲本谱系汇聚驱动棉花MAGIC群体形成丰富遗传多样性
图3 谱系融合与互补性GWAS方法协同提升棉花MAGIC群体中的遗传位点发现效率
图4 多性状上位性与亚基因组互作联合分析揭示棉花MAGIC群体中的隐匿位点及显著的At–Dt亚基因组互作贡献
图5 新疆自然群体选择信号的整合分析及其在MAGIC群体中的GWAS验证
图6 基于优异SNP的多性状优化与亲本组合设计
图7 育种选择驱动优良遗传变异在优异品种中的聚合
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