华中农业大学油菜团队赵伦研究组揭示油菜异源多倍化亚基因组协同进化新规律

多倍化推动了新物种的形成，增强了植物的环境适应能力，并孕育出小麦、油菜、棉花等多种重要作物。异源多倍体在进化过程中需克服“基因组冲击”，这一过程伴随大规模遗传变异和和表观基因组重塑。然而，基因组与表观基因组在多倍化后的协作规律仍知之甚少，亟待深入研究。

近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室油菜遗传改良创新团队赵伦教授研究组在国际学术期刊Horticulture Research上发表了题为Genomic and epigenomic coordination maintains subgenome transcriptional balance in allotetraploidBrassica napus的研究论文。该研究以白菜(ArAr)、甘蓝(CoCo)及其异源四倍体甘蓝型油菜(AnAnCnCn)为材料，揭示了异源多倍化后基因组与表观基因组的协同进化新规律，阐明了其在维持亚基因组转录平衡中的核心作用，为理解作物多倍化适应机制与遗传改良提供了新理论基础。

该研究构建了目前最全面的白菜和甘蓝表观遗传图谱，整合组蛋白修饰、染色质可及性、DNA 甲基化与转录组数据，揭示异源四倍体甘蓝型油菜在形成与稳定过程中伴随广泛的遗传变异和表观基因组重塑特征。基于序列与表观遗传特征，本研究将同源基因对划分为三类。其中，I类同源基因（序列保守且表观遗传特征一致）在异源四倍体油菜An与Cn亚基因组中的比例显著高于二倍体祖先，表明异源四倍体中基因组与表观遗传组发生了协同趋同。这一现象在人工合成甘蓝型油菜中亦得到验证，说明协同趋同可在多倍化初期快速建立。这些趋同基因富集于基因组稳定性维持和非生物胁迫响应等关键通路。An与Cn亚基因组的表达差异显著缩小，其中Cn显示出更高的序列保守性和表观遗传稳态，而An中受变异影响的转录因子结合位点趋向于Cn的调控状态，表明异源多倍体通过多层次调控有效缓解了亚基因组间的冲突。综上，异源四倍体油菜通过基因组与表观遗传组的协同变化实现亚基因组的稳定与协调，为理解异源多倍体的形成机制与适应性进化提供了重要见解。

图1. 甘蓝型油菜异源四倍化后基因组和表观基因组协同趋同

华中农业大学博士研究生周洁为该论文的第一作者，华中农业大学赵伦教授为通讯作者。中国农业科学院棉花研究所马梦博士、河南大学章清博士等参与了研究，华中农业大学沈金雄教授、赵虎研究员等给予了重要指导。这是该团队继创建 eChIP-seq、aChIP-seq和ChIA-PET等植物表观及三维基因组学技术(Nature Communications, 2019, 2020; Genome Biology, 2022, 2023)，启动油菜 ENCODE 计划并解析油菜种子休眠与萌发的表观遗传调控机制(Molecular Plant, 2021; Nature Plants, 2024)，以及揭示杂交油菜耐盐碱机制(New Phytologist, 2025)之后，在油菜表观遗传领域取得的又一重要进展(Horticulture Research, 2025)。该研究得到国家自然科学基金优秀青年基金、国家重点研发计划等项目资助。

课题组信息详见：

https://faculty.hzau.edu.cn/zhaolun/zh_CN/index.htm

论文链接：

https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhaf266/8271419