甘蓝类蔬菜作物种类众多,包括结球甘蓝(圆白菜)、花椰菜、青花菜、芥蓝、苤蓝、羽衣甘蓝、抱子甘蓝等十余种变种类型,在世界范围内广泛种植,是我国最重要的一大类蔬菜作物之一。

　　2月15日,记者从中国农业科学院获悉,该院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种创新团队和甘蓝类蔬菜遗传育种创新团队,联合荷兰瓦赫宁根大学植物育种系生长与发育团队,构建了高质量的甘蓝泛基因组和图形基因组,揭示了结构变异(SV)是大量基因表达剂量改变的重要调节因子,驱动了甘蓝形态类型多样化的快速驯化,该研究为甘蓝变种形成的驯化机制提供了新的见解。相关成果日前发表在国际期刊《自然·遗传学》上。

　　中国科学院院士、崖州湾国家实验室副主任、中国农业科学院作物科学研究所研究员钱前表示,这项研究充分利用了甘蓝类蔬菜作物丰富的形态特征,通过泛基因组和大规模多组学数据分析,来回答它们是如何在较短的时间内驯化出如此多样的变种类型。这项研究揭示了结构变异(SV)调控基因表达是甘蓝多样性进化的“分子加速器”这一重要规律。

　　该研究首先利用700余份甘蓝野生种和覆盖所有变种材料的重测序数据构建系统发育树,发现甘蓝变种主要起源于两个独立的驯化事件,一个驯化形成了以叶片/叶球形态多样化为主的分支,另一个形成了以茎和花膨大等形态变异为主的分支。

　　704份甘蓝群体材料的进化树及代表性材料图片。

　　“我们据此选取了22个代表性野生甘蓝和变种材料,利用测序技术,构建了染色体水平的高质量基因组,其序列连续性、着丝粒完整性等与已发表的甘蓝基因组相比显著提升。该研究进一步构建了甘蓝的图形基因组,在700多份甘蓝群体材料中开展变种特异性驯化选择分析,挖掘到一批在不同变种中受到特异性驯化选择的SV及相关基因。”论文通讯共同作者、中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员程锋表示。

　　甘蓝变种特异性驯化选择的SV和基因示例。

　　值得一提的是,该研究中建立的“结构变异-基因表达改变-表型变异”的调控模型,加深了对结构变异调控性状形成机制的理解,对回答“植物表型多样化是如何形成的”这一重大科学问题具有重要意义。另外,研究成果首次揭示了基因表达剂量是基因丢失或功能变异之外的驯化选择作用的重要对象,对开展其他作物的驯化研究具有参考价值。

　　中国科学院院士、中国热带农业科学院院长、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员黄三文表示,这篇论文是十字花科作物驯化研究的又一重大成果,揭示了甘蓝变种的重要驯化机制。这项工作同时构建了迄今为止规模最大、质量最高的甘蓝泛基因组。

　　(中国农业科学院蔬菜花卉研究所供图)

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