近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所蔬菜分子設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的研究揭示了多倍化和結(jié)構(gòu)變異對白菜種內(nèi)分化的影響機(jī)制，該研究鑒定了與結(jié)球白菜馴化相關(guān)的重要候選基因，并獲得了白菜物種豐富的基因組變異，研究成果不僅加深了對葉球形成馴化的認(rèn)識，還將有助于挖掘更多與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因，進(jìn)一步促進(jìn)白菜育種研究。相關(guān)成果在線發(fā)表在《基因組生物學(xué)（Genome Biology）》上。

 

　　白菜研究有巨大空間

 

　　白菜是國人菜籃子中最常見的蔬菜。這種價(jià)格親民的蔬菜種類豐富，目前市場上的主要類型有大白菜、小白菜、菜心、烏塌菜、蕪菁以及白菜型油菜，還有進(jìn)口的日本水菜和小菘菜、意大利菜心等。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)首席研究員王曉武介紹，隨著我國農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)的進(jìn)步和國人消費(fèi)習(xí)慣的改變，白菜類蔬菜種植的季節(jié)、地域和收獲時(shí)節(jié)都得到了極大拓展，育種的目標(biāo)也逐漸從追求產(chǎn)量向追求營養(yǎng)與口感轉(zhuǎn)變。而在當(dāng)前，基因組學(xué)的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，讓未來的育種有了巨大的空間。

 

　　白菜泛基因組研究的重要意義

 

　　王曉武向記者介紹，白菜基因組學(xué)的研究與其他作物是類似的。在研究大量資源材料的基因組時(shí)，以往首先選擇一份材料，通過基因組的深度測序與從頭組裝形成完整的基因組序列做為參考，在此基礎(chǔ)上通過二代測序技術(shù)進(jìn)行重測序，獲得不同材料的大量短序列進(jìn)行分析。“這就像拼圖游戲，每一個短序列就像拼圖的一個碎片，雖然能夠顯示部分特征，但當(dāng)資源材料的基因組某些區(qū)域與參照基因組差異較大時(shí)，例如一些大的插入和缺失，以及其他復(fù)雜的結(jié)構(gòu)差異，通過短序列比對是無法發(fā)現(xiàn)的。”王曉武說。

 

　　為了克服這一局限，本研究基于白菜大規(guī)模重測序數(shù)據(jù)，選擇了代表性大白菜、小白菜、菜心、油用白菜和蕪菁等16份不同類型的白菜資源材料，進(jìn)行基因組從頭組裝。研究結(jié)合已發(fā)表的大白菜和油用白菜完整基因組，構(gòu)建了由18個代表性材料組成的白菜泛基因組，并通過構(gòu)建整合結(jié)構(gòu)變異的圖形基因組，鑒定到與大白菜葉球馴化相關(guān)的重要候選基因。

 

　　白菜基因遺傳方式的新發(fā)現(xiàn)

 

　　白菜是一個存在三套亞基因組的古多倍體生物，它通常被認(rèn)為經(jīng)歷了一個“兩步演化”的過程，在此過程中兩套亞基因組經(jīng)歷了兩次基因丟失，另外一套亞基因組只經(jīng)歷了一次基因丟失，形成了一套亞基因組基因數(shù)多于另外兩套的優(yōu)勢亞基因組現(xiàn)象。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，白菜種內(nèi)分化過程中，基因偏向性丟失持續(xù)進(jìn)行，并導(dǎo)致白菜亞基因組優(yōu)勢在繼續(xù)擴(kuò)大。這表明，除“兩步演化”導(dǎo)致白菜亞基因組優(yōu)勢形成之外，基因組組成可能是導(dǎo)致亞基因組優(yōu)勢形成的另一個重要因素。

 

　　據(jù)介紹，本次研究獲得了大量白菜基因的結(jié)構(gòu)性變異信息和單堿基多態(tài)性信息，并且新注釋了大量的白菜基因，對十字花科植物基因組研究，以及白菜新品種培育有著重要的推動作用，是白菜基因克隆和基因功能分析的重要基礎(chǔ)性工作。

 

　　王曉武介紹，下一步研究團(tuán)隊(duì)將獲得更多白菜及其他十字花科蔬菜的完整基因組，開展更廣泛的泛基因組研究，還將建立所有基因組變異信息的數(shù)據(jù)庫，供全世界相關(guān)科研工作者參考，尤其為育種專家培育新品種提供基礎(chǔ)支撐。