PBJ | 北京市农林科学院张凤兰课题组在小白菜基因组及其重要形态性状进化的分子基础研究中取得重要进展

近日，北京市农林科学院蔬菜研究中心白菜课题组在植物学领域国际知名期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为Assembly of the non-heading pak choi genome and comparison with the genomes of heading Chinese cabbage and the oilseed yellow sarson的研究论文。该研究通过PacBio+Hi-C技术构建了不结球白菜的高质量参考基因组，并对不结球白菜、结球白菜以及油用型白菜进行了比较基因组分析，揭示了三者间的基因组结构变异 （PAV、SV） 、叶片与开花相关基因的结构与表达差异，为芸薹属种间形态多样性的研究提供了新见解，揭示了基因组结构变异在白菜类蔬菜重要性状进化和选择中的重要作用。

白菜类蔬菜包括结球白菜 （大白菜） 、小白菜、菜心、芜菁和油用白菜等，其中大白菜和小白菜是我国传统的重要蔬菜作物，约占蔬菜种植面积的15%，是名副其实的“当家菜”。该研究成功组装了小白菜的基因组序列，获得了染色体水平的高质量参考基因组序列图谱 （N50=2.82 Mb） 。通过比较基因组学方法，绘制了3个基因组 （大白菜、小白菜和油用白菜） 的综合变异图谱，包括单碱基多态性 （SNP） 、插入/缺失 （InDel） 和存在/缺失变异 （Presence/Absence Variation，PAV） 等，并对三个亚种间的基因结构变异 （Structural Variation，SV） 进行了分析。

白菜类蔬菜在长期的进化过程中形成了不同的亚种和变种，产生了广泛的器官形态变异，抽薹开花习性也产生了明显分化。叶形态变异和抽薹开花是白菜类蔬菜的研究热点和育种中极受关注的两个重要性状。研究者基于PAV和SV分析鉴定了多个叶片发育和开花的关键基因。例如，转录因子KANADI （KAN） 是植物特有的控制侧生器官极性发育的基因，主要是通过对植物远轴面的作用而使植物侧生器官表现出不对称性。该研究在白菜中鉴定了9个KAN家族基因，其中5个KAN基因具有PAV或者SV，认为这些基因在白菜叶部形态建成中发挥了重要作用。该研究对白菜类蔬菜作物器官形态建成和开花等重要性状进化分子机制的解析和遗传改良具有重要意义。

李佩荣助理研究员和苏同兵副研究员为该论文并列第一作者，澳大利亚西澳大学David Edwards教授、蔬菜中心于拴仓研究员和张凤兰研究员为共同通讯作者。该研究得到了北京市农林科学院基因组育种协同创新中心、院杰出科学家培育计划和国家自然科学基金等项目资助。

北京市农林科学院白菜课题组近年来以提高白菜品种的抗病抗逆性为育种目标，基于基因组驯化选择分析和图位克隆等，鉴定了一批控制白菜开花、抗病及其与形态建成相关的功能基因，研究成果先后发表在Molecular Plant、Plant Cell and Environment、Journal of Experimental Botany等杂志上。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13522