Plant Physiol | 中国学者联合解析芸薹属“禹氏三角”物种基因组进化

责编 | 王一

芸薹属作为十字花科中非常重要的一个属，包括许多重要的园艺及农业作物，在人们的日常生活中起着非常重要的作用。其中，该属中最具代表性的“禹氏三角” (U’s triangle) 是由著名的韩国农学家、植物学家禹长春于1935年提出的。“禹氏三角”是研究芸薹属乃至其它植物多倍化的理想模型。它由6个芸薹属物种构成，包括3个二倍体：白菜 (B. rapa, 2n=20, AA)、甘蓝 (B. oleracea, 2n=18, CC) 和黑芥 (B. nigra, 2n=16, BB)，以及三者之间相互杂交，经过不断选择进化得到的3个异源四倍体：甘蓝型油菜 (B. napus, 2n=38, AACC)、芥菜型油菜 (B. juncea, 2n=36, AABB) 和埃塞俄比亚芥 (B. carinata, 2n=34, BBCC)。

“禹氏三角”中的五个物种，白菜、甘蓝、黑芥、甘蓝型油菜和芥菜型油菜均已完成了基因组测序。而具有显著抗逆性的埃塞俄比亚芥基因组确一直没有研究报道，其具有很强耐热、耐旱和抗病性等，可为其它芸薹属作物的抗逆育种研究提供了丰富的基因资源。

近日，来自多所高校的学者联合在植物学领域经典期刊Plant Physiology在线发表了题为“Brassica carinata genome characterization clarifies U’s triangle model of evolution and polyploidy in Brassica”的研究论文，解析了芸薹属“禹氏三角”物种基因组进化。Plant Physiology同期配发了题为Piecing together the puzzles of allopolyploid evolution in six Brassica crops的评论文章，对该工作进了介绍和点评。

为了更全面的进行芸薹属物种的比较基因组学研究，解析“禹氏三角”进化，挖掘埃塞俄比亚芥特异基因组资源，该研究利用最新的测序和Hic技术，完成了禹氏三角最后一个物种埃塞俄比亚芥基因组的测序，获得了染色体水平的高质量基因组。基因组总长 1086.8Mb，达到估计基因组大小的94.44%。Contig N50 达到 1437.47Kb， Scaffold N50 达到60.0Mb，并获得了97,149个基因。利用生物信息学方法，对芸薹属主要物种进行了系统的比较基因组学分析，包括物种分化时间、基因家族的收缩/扩张、基因组共线性（图1）、基因置换和亚基因组表达偏性等。研究方法和结果对于芸薹属二、四倍体物种的基因组进化，以及其它植物的多倍化研究具有很好的指导和借鉴意义。

图1. 芸薹属禹氏三角物种间的基因组共线性分析

同时对芸薹属重要农艺性状相关基因，如抗病基因（图2）和硫代葡萄糖苷合成途径（图3）等相关基因进行了系统的比较分析，阐述了基因组多倍化事件对相关基因的影响。鉴于该研究的重大意义，Plant Physiology期刊编辑同期发表了评论性文章对该文进行了详细点评。总之，该物种中基因组的破译及分析，为芸薹属乃至十字花科物种的比较和功能基因组学研究提供了重要且丰富的组学数据资源。

图2. 芸薹属“禹氏三角”物种抗病基因家族分析

图3. 芸薹属“禹氏三角”物种硫代葡萄糖苷合成途径相关基因分析

华北理工大学生命科学学院副教授宋小明为该论文的第一作者；通讯作者为南京农业大学张昌伟副教授（senior author）、刘同坤副教授（senior author）、华北理工大学王希胤教授（senior author）和浙江大学杨景华教授（senior author）。多位教师和学生也参与了该项目的研究。该研究工作受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河北省教育厅青年拔尖人才项目、以及中国博士后基金项目的资助。

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab048/6128686

编辑点评文章链接：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiab079/6161263