白菜和甘蓝类蔬菜叶球形成和根膨大相关基因确定大树杜鹃

白菜和甘蓝类蔬菜叶球形成和根膨大相关基因确定

近日，从中国农业科学院蔬菜花卉研究所了解到，蔬菜所王晓武研究员领衔的科研团队通过深入研究白菜和甘蓝两类芸薹属作物，获得了白菜和甘蓝类蔬菜作物全基因组的大量变异，确定了一批与白菜类和甘蓝类蔬菜叶球形成和根… 　　近日，从中国农业科学院蔬菜花卉研究所了解到，蔬菜所王晓武研究员领衔的科研团队通过深入研究白菜和甘蓝两类芸薹属作物，获得了白菜和甘蓝类蔬菜作物全基因组的大量变异，确定了一批与白菜类和甘蓝类蔬菜叶球形成和根（茎）膨大有关的重要基因，为加快白菜类与甘蓝类蔬菜分子育种奠定了重要基础。相关研究结果于8月15日在线发表于《自然?遗传（Nature Genetics）》上。 

白菜和甘蓝类蔬菜是我国人民餐桌上最常见的蔬菜。这两类蔬菜最大的特点就是类型极其丰富多样。白菜类常见的有大白菜、小白菜、芜菁、菜心、紫菜薹、乌菜、乌塌菜和薹菜，此外还有日本的水菜、小菘菜，欧洲的意大利菜心等。而甘蓝类常见的蔬菜则包括结球甘蓝、苤蓝、羽衣甘蓝、芥兰、花椰菜、青花菜、孢子甘蓝等等。此外，在500年前中国人将白菜驯化出结球大白菜，欧洲人将甘蓝驯化出结球甘蓝；2000年前欧洲人将白菜驯化出根膨大的芜菁，同时500年前又将甘蓝驯化出茎膨大的苤蓝。这两个物种为什么能被驯化出如此多样的类型。为什么经过我们祖先独立的驯化，都能形成叶球或者膨大根（茎）这样非常相似的性状？这一直是一个待解的难题。

为了解开上述谜题， 王晓武带领团队完成了白菜和甘蓝类蔬菜作物代表材料的基因组重测序，构建了白菜和甘蓝类蔬菜的群体基因组变异图谱。在充分利用模式物种拟南芥基因组丰富的基因信息基础上，分别确定了一大批白菜和甘蓝叶球形成与膨大根（茎）驯化选择的基因组信号与相关的基因。发现叶球的形成与多种植物激素信号传导相关基因以及叶片背性和腹性两类不同极性形成的基因受高度选择相关。膨大根（茎）的形成除与生长素相关基因受选择有关外，还与细胞快速膨大和糖转运相关基因的选择有关。

研究发现，白菜和甘蓝这两个物种分别产生结球白菜和结球甘蓝，芜菁和苤蓝这样具有相似的产品器官的现象与其共同祖先的一次全基因组三倍化事件有关。在距今约1100万年前，芸薹属的祖先发生了一次基因组三倍化复制事件，这次事件形成了芸薹属基因组的三套亚基因组。这一特殊的进化事件对于芸薹属物种的演化和该属作物的形成具有深远的影响。通过分析选择信号与亚基因组的关系，获得两个重要发现。第一，亚基因组的存在促进了结球性状、根（茎）膨大等性状的驯化，进而形成器官形态的多样性。第二，同源基因的平行选择是导致不同物种驯化形成类似产品器官的重要原因。 

据了解，该科研团队多年从事芸薹属物种的研究，主导完成了白菜基因组测序工作，该研究是前期工作的深入，受到了科技部和国家自然基金的项目资助。程锋是论文的第一作者，合作单位包括荷兰瓦赫宁根大学、南京农大和北京市农科院蔬菜中心。（通讯员 李海芬）

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