□本报记者 刘茜 通讯员 李伦
一根棉纤维能有多复杂？它是植物界最长的单细胞之一，看似轻柔微薄，背后牵动的，却是从种源安全到纺织产业链自主可控的一道国家命题。
在中国农业科学院西部农业研究中心（以下简称西部中心）分子实验室里，科研人员正小心翼翼地将棉花纤维样本放入纤维检测仪中。借助实验设备观测，镜头下的棉纤维呈现出完整的细胞形态。这看似普通的植物单细胞，背后藏着新疆棉花产业从“量大”迈向“质优”的核心密码。
近日，自治区人民政府印发《关于奖励2025年度自治区最高科学技术奖获奖人员和科学技术奖获奖成果的决定》，由西部中心杨作仁研究员领衔完成的“棉花纤维品质形成的分子机制解析与种质创制”项目，荣获2025年度自治区自然科学奖一等奖。该成果首次绘制了棉纤维发育的全景调控“地图”，并创制出打破品质瓶颈的育种“芯片”。
田间寻题：从棉农的喷雾器里找到科研方向
棉花是我国纺织工业的重要原料和战略性物资。随着我国棉花生产重心向新疆转移，新疆棉花产量已占全国总量的90%以上，但优质原棉自给率偏低，始终是制约产业高质量发展的核心瓶颈。
“中国棉花产量世界第一，然而高品质棉花还依赖进口。我们不缺数量，但缺质量。”杨作仁把研究方向锁定在棉花纤维品质改良上。
2020年，杨作仁以中央单位援疆干部身份来到新疆，深入棉花生产一线开展调研。盛夏南疆棉田烈日灼灼、热浪滚滚，他躬身蹲在田埂，观察棉农打药。他注意到农户往喷雾器里配药时，总习惯添上一小袋芸苔素（油菜素内酯）。棉农解释说：“喷了这个，棉纤维能长得更好。”
此后三年，杨作仁的足迹遍及天山南北，深入团场连队、田间地头反复验证着这一田间生产经验。试验过程中，他敏锐地找到了关键突破口：既然外源油菜素内酯能够发挥作用，棉花自身的油菜素内酯信号又是如何调控纤维生长的呢？
此前在郑州实验室，他就接触过油菜素内酯相关研究，有一定的科研积累。他很快理清了思路：外源激素能见效，说明棉花内源的激素调控通路，这就是改良纤维品质的关键切口。
从田间经验回到科学问题，杨作仁团队开始了一场“大海捞针”式的攻关。棉花是典型的异源四倍体，基因组结构庞杂；纤维品质又是由多基因共同控制的复合性状，想要定位关键基因、阐明调控机制，难度极大。筛选关键基因的过程中，多数实验看不到预期表型，失败是科研常态。碰到瓶颈期，杨作仁就拉着团队成员走出实验室，边吃饭边梳理思路，等状态调整好再回到实验室继续验证。
“农业科研急不得，选对了方向，就得耐着性子往下挖。”这是他常跟年轻科研人员说的话。在杨作仁看来，农业科学研究周期长、不确定性大，真正重要的不是偶然撞上一个结果，而是选准值得长期深耕的方向，坚定信心、保持热情。
潜心破题：绘出棉纤维发育全景调控“地图”
要改善纤维品质，首先要看清它是怎样长成的。
深夜的实验室依旧亮着灯，电脑屏幕上铺满了基因表达的热图与位点标记，一旁的培养架上，标注着不同编号的棉花幼苗整齐排列。为了摸清纤维发育的完整调控逻辑，杨作仁团队花了数年时间，从最基础的基因位点鉴定做起，一点点绘出棉纤维发育图谱。
团队对421份陆地棉核心种质资源开展群体转录组分析，鉴定出5.6万个与纤维基因表达相关的调控位点（eQTL），并把基因转录、RNA修饰、蛋白翻译后修饰等不同层级的信息串联起来，构建起纤维发育的全景调控网络。在此基础上，团队进一步整合基因组、转录组、表观遗传、群体变异、表型和代谢物等多组学数据，建成棉花功能基因发掘平台CottonMD。上线以来，该平台已获得来自55个国家的超过22万次访问，成为全球棉花研究者寻找基因线索的重要工具。
顺着这张图谱往深处挖掘，团队取得了一项长期被忽略的关键发现——大规模染色体倒位，正是造成陆地棉不同亚群间纤维品质差异的核心遗传因素，也是海岛棉优质性状向陆地棉转移的主要障碍。团队据此开发出专用分子标记，为跨种品质改良打通了新路径。
而当年从棉田带回的油菜素内酯线索，也在这一阶段结出了果实。团队成功创制出棉花首个油菜素内酯缺陷型突变体，证实内源油菜素内酯是纤维伸长的中枢调控因子，进一步摸清了它通过核心转录因子调控超长链脂肪酸合成、协同影响纤维长度与产量的完整机制。由此，一条从激素信号到纤维细胞伸长的关键通路逐渐清晰，为实现棉花品质与产量双提升提供了理论基础和基因资源。
扎根解题：把实验室成果种进天山南北的棉田里
基础研究要发挥产业价值，先要突破育种效率的关卡。针对传统遗传转化周期长、基因型依赖强的痛点，杨作仁团队建立了基于茎尖分生组织的高效遗传转化体系，把原本7至8个月的转化周期压缩到2至3个月，同步搭起“基因编辑+全基因组选择”的高效精准生物育种体系。
有了这套工具，优异基因位点的聚合速度大幅提升。有的种质同步提升纤维长度、强度和产量，有的兼顾品质与黄萎病抗性，还有的株型更紧凑适配机械化采收，让“优质、高产、抗病、宜机采”不再是单选题。团队还借助合成生物学技术，首次创制出自然界不存在的粉红色纤维，为棉花种质创新打开了新的想象空间。
位于昌吉国家农业高新技术产业示范区的西部中心昌吉试验基地棉田里，新一批创制种质正值结铃期，西部中心技术人员通过表型检测仪逐行采样、记录数据。田埂边，前来观摩的育种单位代表捏着棉桃仔细比对，不时低头记下性状特点——实验室里的基因成果，正以看得见、摸得着的方式落地到产业一线。截至目前，团队已培育新型优异种质材料500余份，纤维改良新材料发放至全国10余家育种单位投入应用。
对杨作仁而言，扎根新疆从来不止于做好科研本身。刚援疆时，小女儿刚满两岁，家庭的牵挂曾让他有过犹豫，可他始终觉得，棉花科研的主战场就在新疆，往一线出发才是科研人的选择。挂职新疆农垦科学院期间，他牵头推动出台4项成果转化与科技服务收益分配制度，让该院成为兵团首家落地成果转化收益分配的事业单位；在19个团场、5个县（市）挂牌24处科技示范基地，带着技术直接进村入户；通过项目联合攻关、进修培养等方式带教本土青年人才，3名青年科研人员入选“西部之光”人才计划，真正为当地留下了一支“带不走”的科研队伍。
2023年援疆期满，杨作仁再一次选择留在新疆，参与建设中国农业科学院西部农业研究中心，牵头组建棉花分子遗传改良创新团队。如今，他担任西部中心副主任、新疆作物基因编辑与种质创新重点实验室主任，在昌吉、石河子、阿拉尔、库尔勒的棉田与实验室之间，依旧能看到他奔波的身影。
“老一辈棉花科研人用锄头铁锹在戈壁开出棉田，我们这代人就要用前沿技术把种子育得更好。”站在试验田边望着连片棉株，杨作仁说得很平实。从一根纤维的微观密码，到万亩棉田的丰收底气，十年攻关的成果，正顺着田垄延伸，写在天山南北的沃土上，也落进每一位棉农的收成里。