普通白菜基因組及其重要形態(tài)性狀進(jìn)化分子基礎(chǔ)研究取得重要進(jìn)展

2020 年12 有7 日，北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心白菜課題組在植物學(xué)領(lǐng)域國(guó)際期刊Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了題為“Assembly of the non-heading pakchoi genome forbid comparison with the genomes of heading Chinese cabbage forbid the oilseed yellow sarson”的研究論文。該研究發(fā)布了普通白菜的高質(zhì)量基因組，首次揭示了基因組結(jié)構(gòu)變異在白菜類蔬菜重要性狀進(jìn)化和選擇中的重要作用。

白菜類蔬菜包括大白菜、普通白菜（小白菜）、菜心、蕪菁和油用白菜等，其中大白菜和普通白菜是我國(guó)傳統(tǒng)的重要蔬菜作物，約占蔬菜種植面積的15%，是名副其實(shí)的“當(dāng)家菜”。研究者通過整合PacBio 測(cè)序、Illumina 測(cè)序和Hi-C 技術(shù)的數(shù)據(jù)，成功組裝了普通白菜的基因組序列，獲得了染色體水平的高質(zhì)量參考基因組序列圖譜（N50=2.82 Mb）。通過比較基因組學(xué)方法，繪制了3 個(gè)基因組（大白菜、普通白菜和油用白菜）的綜合變異圖譜，包括單堿基多態(tài)性（SNP）、插入/缺失（InDel）和存在/缺失變異（Presence/Absence Variation，PAV）等，并對(duì)3 個(gè)亞種間的基因結(jié)構(gòu)變異（Structural Variation，SV）進(jìn)行了分析。

白菜類蔬菜在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中形成了不同的亞種和變種，產(chǎn)生了廣泛的器官形態(tài)變異，抽薹開花習(xí)性也產(chǎn)生了明顯分化。葉形態(tài)變異和抽薹開花是白菜類蔬菜的研究熱點(diǎn)和育種中極受關(guān)注的兩個(gè)重要性狀。研究者基于PAV 和SV 分析鑒定了多個(gè)葉片發(fā)育和開花的關(guān)鍵基因。例如，轉(zhuǎn)錄因子KANADI（KAN）是植物特有的控制側(cè)生器官極性發(fā)育的基因，主要是通過對(duì)植物遠(yuǎn)軸面的作用而使植物側(cè)生器官表現(xiàn)出不對(duì)稱性。本研究在白菜中鑒定了9 個(gè)KAN 家族基因，其中5 個(gè)KAN基因具有PAV 或者SV，認(rèn)為這些基因在白菜葉部形態(tài)建成中發(fā)揮了重要作用。該研究對(duì)白菜類蔬菜作物器官形態(tài)建成和開花等重要性狀進(jìn)化分子機(jī)制的解析和遺傳改良具有重要意義。