2013年夏天的⼀个傍晚，华中农业⼤学教授、棉花团队带头⼈张献⻰把博⼠⼀年级学⽣王茂军叫到办公室，向他提出了⼀个“灵魂之问”：“棉花是个异源四倍体，有两套不同来源的亚基因组，它们究竟是怎么调控纤维发育与品质形成的呢？”此后10年，王茂军在张献⻰带领下⼀步步解开这个问题，在《⾃然-遗传学》连续发表了4篇论⽂。⽽王茂军也从⼀名博⼠⽣成⻓为华中农业⼤学教授，带领⾃⼰的团队在棉花育种的道路上继续深耕。
其中，第四篇《⾃然-遗传学》论⽂于10⽉16⽇在线发表。论⽂解析了异源四倍体陆地棉两个亚基因组对纤维发育和品质形成的动态协同调控机制，阐释了亚基因组同源基因⽤于纤维品质改良的潜⼒，提出了基因组模块化的优质棉设计育种构想，创新了多倍体性状优势形成的调控理论和育种理念。
王茂军⾄今仍记得10年前那个傍晚。当他⾯对张献⻰提出的“灵魂之问”快速搜索⼤脑中相关知识“内存”时，张献⻰⼜问：“世界上有没有研究先例？”“有没有相关⽂献？”“我们能不能做？”⼀个接⼀个的问题，实际上都是基于解决“国家的优质棉短缺”的宏伟愿景提出的。
论⽂通讯作者张献⻰告诉《中国科学报》，科学研究发现，四倍体陆地棉的两个亚基因组都存在调控棉花纤维品质形成的基因。既然如此，究竟是哪套亚基因组上的基因在调控棉花纤维品质？或者说，在全局⽔平上两个亚基因组如何协同调控纤维品质形成？
“由于这个问题不清楚，导致陆地棉种质资源的靶向性育种利⽤不强，限制了陆地棉纤维品质的进⼀步育种改良。因此，研究两个亚基因组如何协同调控棉花纤维形成这⼀重⼤理论问题对优质棉花纤维育种⾄关重要。”张献⻰说。
在论⽂共同通讯作者王茂军看来，这是⼀个富有远⻅的问题。“当时回答这个问题是⾮常困难的，我们的基础⾮常薄弱。基础薄弱到什么地步呢？我们连棉花亚基因组什么样⼦都不知道，没有完整的四倍体棉花基因组。所以我们迈出了第⼀步，组装异源四倍体棉花——海岛棉的基因组。”王茂军说。
那时候，基因组学研究领域已是⼀⽚“红海”，国内外的研究者都看到了该领域的研究价值，每个⽉都有新的基因组发表。⾯对薄弱的⽣物信息学基础和严峻的竞争形势，张献⻰⿎励王茂军别退缩。
于是，王茂军向同领域学者请教问题，与课题组成员讨论进展，从早上7点研究到晚上12点，奋⼒追赶基因组学研究的前沿。2015年，海岛棉基因组草图组装完成。张献⻰、王茂军等⼈发现，At亚基因组与Dt亚基因组上，参与纤维素合成的关键基因在纤维发育不同时期出现差异表达。基于此，他们提出了“亚基因组合作调控纤维发育的接⼒模型”。张献⻰说：“第⼀关已经迈过去了，后⾯要解决更深层次的问题。
”⼗年步步为“赢”同年7⽉，王茂军开始了新⼀轮研究——将陆地棉的野⽣种系与栽培品种进⾏⽐较。之所以要开展这项研究，是因为陆地棉野⽣种纤维棕⻩⽽短，陆地棉驯化种则具有⽩⾊的⻓纤维。他们想要弄清陆地棉经历了什么才发⽣这种转变。2017年，相关研究成果在《⾃然-遗传学》上发表。
王茂军说，在5000多年的驯化历程中，两个亚基因组中通常仅有⼀个亚基因组被⼈⼯选择，说明其对纤维品质形成很重要，“同时这让我们进⼀步思考，没有被育种选择的另⼀个亚基因组究竟怎么调控纤维品质”。
于是，他们尝试从纤维品质更优的四倍体海岛棉身上寻找答案。⽤海岛棉改良陆地棉，是否有望得到产量⾼、品质好的理想的棉花？2019年，相关研究成果再次登上《⾃然-遗传学》。这⼀次，他们找到了控制海岛棉特优纤维品质的相关遗传位点和基因。“这些基因定向导⼊到陆地棉的⼀个亚基因组中，可以提升陆地棉的纤维品质。”王茂军说。
棉属⼴泛分布于美洲、亚洲、⾮洲、澳洲，不同棉种植株差异明显。于是他们想，能否找到更多的未被利⽤的优异基因，从⽽改善棉花纤维的品质。他们尝试从陆地棉、海岛棉的祖先身上寻找答案。2022年，他们第三次在《⾃然-遗传学》发表⽂章。这⼀次，他们找到了棉花纤维“从⽆到有、从有到优”演化的原因。他们还找到了⼀些亚洲棉特异的基因，将它们导⼊陆地棉，有望提升纤维品质。
“根据⻓时间的研究，我们确定四倍体棉花两个不同起源的亚基因组是其在育种上的天然优势。”王茂军说，“如果能⽤好这两个亚基因组，棉花纤维品质⼀定能更上⼀层楼。”
早在⼏年前，论⽂共同第⼀作者、团队博⼠后⻢益赞就从全世界收集的棉花材料中精⼼挑选了400份种质。由论⽂共同通讯作者、华中农业⼤学教授涂礼莉带队，⼀⾏13⼈⼊驻华中农业⼤学⻩冈基地，进⾏⽥间试验和样品收集，同时在室内开展基因敲除实验验证……随后，项⽬正式进⼊数据分析阶段，团队进⼊3天⼀讨论的“魔⻤”模式。
从数据规律，到展示⽅式、颜⾊搭配，再到⽂字描述，王茂军在每⼀处细节上都精益求精。团队博⼠⽣戚正阳说：“⽆论聚餐、开会还是出差，我们都离不开课题讨论。”
“我明⽩科研的道路上总会有很多挫折，我也经历过。”王茂军说，“做科研是件幸福的事，我希望学⽣都能体会到。”团队博⼠⽣尤佳琦说：“为排解科研压⼒，王⽼师经常同我们分享⼀些历史故事。虽然⼯作很⾟苦，但每个⼈都充满⽃志和⼲劲⼉。”
他们的付出在今年继续开花结果，第四篇《⾃然-遗传学》论⽂10⽉上线。两代⼈的接⼒从2019年到2023年，王茂军的研究⼩组已经从5⼈壮⼤到了23⼈，⾄少两代⼈得到了锻炼与成⻓。
在张献⻰的指导下，王茂军成⻓为独当⼀⾯的⻘年科研⼈员。在王茂军的指导下，博⼠⽣尤佳琦、刘振平、戚正阳等从跟在师兄、师姐背后的⼩师弟、⼩师妹，成⻓为值得依靠和信赖的师兄、师姐。
经过10年不懈探索，团队师⽣深深地感受到做科研是⼀件既⾟苦⼜幸福的事，接下来他们要把论⽂成果投⼊性状应⽤和⽣产实践。
“我们当前提出的通过优化亚基因组同源基因表达来改良纤维品质的构想，算是对10年前张⽼师提出的问题的初步、较为细致的回答。”王茂军说，“我们找到了陆地棉两个亚基因组‘接⼒’协同调控纤维品质形成的基因模块，并分析了其在育种过程中的利⽤情况，为进⼀步精准改良纤维品质提供了理论依据。”
他们分析了现在⽣产上的栽培品种，只有⼤约30%的两个亚基因组都存在的纤维相关基因被⼤部分品种利⽤了。王茂军说，这就暗示在两个亚基因组中还有相当⼀部分基因没有同时被育种利⽤，即两个亚基因组对纤维品质的贡献还有巨⼤潜⼒值得挖掘。
“它是我们在多倍体物种中开展育种应⽤、改良性状的⼀把‘⾦钥匙’。要更清楚地回答‘灵魂之问’，还有很多研究需要开展。打破砂锅问到底，未来我们将继续打磨这把‘钥匙’，进⼀步推动基因组设计育种，育成优质⾼产的棉花品种。”王茂军说。
张献⻰说：“我们已经做了很多基础研究和理论研究，打下了很好的基础。但是研究最终应该落在品种改良上，要开发育种新技术并育成更好的品种，为棉农增添福祉。”相关论⽂信息：https://doi.org/10.1038/s41588-023-01530-8《中国科学报》(2023-10-18第1版要闻)