普通白菜基因組及其重要形態性狀進化分子基礎研究取得重要進展

2020 年12 有7 日，北京市農林科學院蔬菜研究中心白菜課題組在植物學領域國際期刊Plant Biotechnology Journal在線發表了題為“Assembly of the non-heading pakchoi genome forbid comparison with the genomes of heading Chinese cabbage forbid the oilseed yellow sarson”的研究論文。該研究發布了普通白菜的高質量基因組，首次揭示了基因組結構變異在白菜類蔬菜重要性狀進化和選擇中的重要作用。

白菜類蔬菜包括大白菜、普通白菜（小白菜）、菜心、蕪菁和油用白菜等，其中大白菜和普通白菜是我國傳統的重要蔬菜作物，約占蔬菜種植面積的15%，是名副其實的“當家菜”。研究者通過整合PacBio 測序、Illumina 測序和Hi-C 技術的數據，成功組裝了普通白菜的基因組序列，獲得了染色體水平的高質量參考基因組序列圖譜（N50=2.82 Mb）。通過比較基因組學方法，繪制了3 個基因組（大白菜、普通白菜和油用白菜）的綜合變異圖譜，包括單堿基多態性（SNP）、插入/缺失（InDel）和存在/缺失變異（Presence/Absence Variation，PAV）等，并對3 個亞種間的基因結構變異（Structural Variation，SV）進行了分析。

白菜類蔬菜在長期的進化過程中形成了不同的亞種和變種，產生了廣泛的器官形態變異，抽薹開花習性也產生了明顯分化。葉形態變異和抽薹開花是白菜類蔬菜的研究熱點和育種中極受關注的兩個重要性狀。研究者基于PAV 和SV 分析鑒定了多個葉片發育和開花的關鍵基因。例如，轉錄因子KANADI（KAN）是植物特有的控制側生器官極性發育的基因，主要是通過對植物遠軸面的作用而使植物側生器官表現出不對稱性。本研究在白菜中鑒定了9 個KAN 家族基因，其中5 個KAN基因具有PAV 或者SV，認為這些基因在白菜葉部形態建成中發揮了重要作用。該研究對白菜類蔬菜作物器官形態建成和開花等重要性狀進化分子機制的解析和遺傳改良具有重要意義。