普通白菜基因组及其重要形态性状进化分子基础研究取得重要进展

2020 年12 有7 日，北京市农林科学院蔬菜研究中心白菜课题组在植物学领域国际期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Assembly of the non-heading pakchoi genome forbid comparison with the genomes of heading Chinese cabbage forbid the oilseed yellow sarson”的研究论文。该研究发布了普通白菜的高质量基因组，首次揭示了基因组结构变异在白菜类蔬菜重要性状进化和选择中的重要作用。

白菜类蔬菜包括大白菜、普通白菜（小白菜）、菜心、芜菁和油用白菜等，其中大白菜和普通白菜是我国传统的重要蔬菜作物，约占蔬菜种植面积的15%，是名副其实的“当家菜”。研究者通过整合PacBio 测序、Illumina 测序和Hi-C 技术的数据，成功组装了普通白菜的基因组序列，获得了染色体水平的高质量参考基因组序列图谱（N50=2.82 Mb）。通过比较基因组学方法，绘制了3 个基因组（大白菜、普通白菜和油用白菜）的综合变异图谱，包括单碱基多态性（SNP）、插入/缺失（InDel）和存在/缺失变异（Presence/Absence Variation，PAV）等，并对3 个亚种间的基因结构变异（Structural Variation，SV）进行了分析。

白菜类蔬菜在长期的进化过程中形成了不同的亚种和变种，产生了广泛的器官形态变异，抽薹开花习性也产生了明显分化。叶形态变异和抽薹开花是白菜类蔬菜的研究热点和育种中极受关注的两个重要性状。研究者基于PAV 和SV 分析鉴定了多个叶片发育和开花的关键基因。例如，转录因子KANADI（KAN）是植物特有的控制侧生器官极性发育的基因，主要是通过对植物远轴面的作用而使植物侧生器官表现出不对称性。本研究在白菜中鉴定了9 个KAN 家族基因，其中5 个KAN基因具有PAV 或者SV，认为这些基因在白菜叶部形态建成中发挥了重要作用。该研究对白菜类蔬菜作物器官形态建成和开花等重要性状进化分子机制的解析和遗传改良具有重要意义。