河北農業(yè)大學發(fā)表《Science》

近日，河北農業(yè)大學趙建軍團隊合作在《Science》期刊上發(fā)表題為“Gapless pangenome analyses reveal fast Brassica rapa subspeciation”。河北農業(yè)大學馬衛(wèi)教授、劉遠銘副教授、張曉孟副教授，河南省農科院蔬菜研究所魏小春研究員，沈陽農業(yè)大學李曉楠教授，蘇州農業(yè)科學院蔬菜研究所劉照坤副研究員，安徽農業(yè)大學袁凌云教授，廣州市農業(yè)農村科學院正高級農藝師李光光為該論文的共同第一作者。河北農業(yè)大學趙建軍教授、馬衛(wèi)教授和洪益國教授，河南省農科院蔬菜研究所原玉香研究員，根特大學Yves Van de Peer教授為論文的通訊作者。

該研究構建了11個0 gap T2T基因組+泛基因組，繪制最精細的白菜“基因組地圖”。研究團隊對1720份不同亞種的白菜材料進行重測序，精選11份代表性材料，綜合運用PacBio HiFi、Nanopore超長讀長、Hi-C和MGI短讀長等多種測序技術，成功組裝出覆蓋全部端粒和110個完整（泛）著絲粒的“端粒到端粒”（T2T）0 gap基因組，還挖掘到6992個新基因，結合已報道的20份白菜基因組數據，構建了目前最全面的白菜泛基因組，為在群體尺度上開展白菜遺傳多樣性與演化規(guī)律的精細解析提供了高質量的基因組資源。

該研究解析了著絲粒+結構變異，鎖定亞種快速分化的“基因組發(fā)動機”。研究團隊通過制備白菜CENH3特異抗體并開展ChIP-seq，在11份代表材料的每一條染色體上逐一“點亮”功能著絲粒，首次在B. rapa各亞種中完整繪制出110個（泛）著絲粒的結構圖譜，挖掘出5種未知的白菜泛著絲粒特異衛(wèi)星重復序列（satellites）；以圖泛基因組為框架系統(tǒng)梳理全基因組結構變異，構建了覆蓋31份材料的結構變異（SV）圖譜，共鑒定出超過27萬條SVs，建構了“結構變異地圖”；提出了一個“SV–亞種特異基因–著絲粒模塊”的三元協(xié)同演化模型：結構變異和亞種特異基因提供形態(tài)分化的主要遺傳基礎，著絲粒的模塊化重塑在保證發(fā)育穩(wěn)健性的同時為基因組創(chuàng)新“騰挪空間”，三者共同推動B. rapa在有限時間內形成多樣化亞種，也即快速演化的著絲粒與廣泛存在的結構變異相互作用，構成了驅動白菜亞種“快速分化”的基因組發(fā)動機。

該研究完成從泛基因組關聯到功能驗證，確定白菜葉球形成“總開關” （BrLH1）。研究團隊利用1720份材料，開展基于SNP、InDel和PAV的pan-GWAS，精確鎖定A07染色體上單拷貝基因BrLH1為與葉球形成強關聯的唯一候選位點，并通過反復試驗，從遺傳學上將BrLH1明確為控制大白菜葉球形成的主效基因。同時功能層面上，BrLH1屬于多C2結構域跨膜蛋白家族，可通過與BrSUB等受體激酶互作調控葉片生長方向與空間排布，從而塑造葉球結構。由此，BrLH1被確立為葉球形成的核心調控節(jié)點，也是未來開展結球分子設計育種的關鍵靶標。