Mol Plant | 大白菜突变体库，助力大白菜基因功能研究和分子育种

大白菜（Brassica rapa ssp.pekinensis）属十字花科芸薹属，以结球叶片为食用器官，原产于中国，栽培历史悠久，是我国的重要蔬菜作物之一。大白菜全基因组测序和群体变异组解析已经完成，大量基因等待着农业科学家去诠释其功能。突变体是开展植物功能基因组学研究的重要材料，但小范围的获得突变体进行单个基因研究已经不能满足科研和育种的需要。所以，在功能基因组时代，借助基因组测序技术，大规模、高通量研究基因功能，创建突变位点覆盖某一物种全基因组的突变体库成为必然。

2022年2月8日，河北农业大学大白菜遗传育种团队联合中国农业科学院蔬菜花卉研究所生物信息团队在Molecular Plant在线发表了题为“Construction of a high-density mutant population of Chinese cabbage facilitates the genetic dissection of agronomic traits”的研究论文。在表型和分子水平系统评价了已创制的大白菜EMS（Ethyl methanesulfonate）突变体库，构建了该突变群体的基因组和性状数据资源共享平台，为高效解析大白菜基因功能、挖掘新型育种资源奠定了基础。

该研究通过EMS诱变技术构建了以结球大白菜A03为遗传背景的表型丰富的突变体库；结合PacBio、Illumina和Hi-C测序技术，完成了A03基因组组装、基因注释，并以此为基础完成了对突变体库突变信息的解析。大白菜A03的高质量基因组为403.20 Mb，共注释基因47,779个，contig N50为4.29Mb。A03基因组比大白菜Chiifu参考基因组多组装了65.25 Mb。为鉴定突变体库的基因组变异情况，研究团队对8000多份大白菜EMS突变单株开展了系统的表型调查，并选取表型变异显著的300份突变体材料开展了重测序和突变分析。在A03全基因组范围内鉴定到了大量的突变，变异位点基因组覆盖率为98.27%，其中86.49%位于基因编码区。平均每个基因包含3个功能性SNP变异，基因变异丰富（图1）。

图 1 大白菜基因组组装和分析

研究进一步采用结合“正向遗传学”和“反向遗传学”方法，列举候选基因筛选及功能鉴定等相关研究策略和案例，展示了该突变体库在筛选、挖掘和解析功能基因上的巨大潜力和应用价值（图2）。实现了对该突变体库的高通量鉴定评价，有利于挖掘、开发和获得具有自主知识产权的重要性状的目标基因。

为促进该突变体库的广泛应用，进一步建立了大白菜突变体库数据库CCEMD（图2）。该数据库提供了突变体库群体的基因变异和表型变异信息，辅助快速挖掘与大白菜重要农艺性状相关的候选变异基因，并解析其功能。同时，该数据库将面向国内外从事大白菜研究的科研人员提供突变体信息。

图 2 大白菜EMS突变体库的建立

河北农业大学园艺学院赵建军教授、中国农业科学院蔬菜花卉研究所程锋研究员、河北农业大学园艺学院申书兴教授和马卫博士为论文通讯作者，孙晓雪博士、博士生李幸等为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金重点和面上项目、河北省自然科学基金创新群体和华北作物改良与调控国家重点实验室课题等项目资助。

河北农业大学大白菜遗传育种团队长期致力于大白菜优异种质创新与应用研究，在创制大白菜突变体和易位系等特色遗传材料研究领域特色突出。中国农业科学院蔬菜花卉研究所生物信息团队主要开展蔬菜作物基因组学研究和重要农艺性状的基因功能解析。

突变体库链接：

http://www.bioinformaticslab.cn/EMSmutation/home/

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.02.006