近日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所蔬菜分子設(shè)計育種團(tuán)隊完成的題為“Transposable element insertion: a hidden major source of domesticated phenotypic variation in Brassica rapa”（轉(zhuǎn)座子插入是白菜馴化表型變異的一個“隱藏”的主要來源）研究。這是蔬菜分子設(shè)計育種團(tuán)隊在前期白菜泛基因組研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步挖掘白菜基因組變異獲得的研究成果。

 

　　轉(zhuǎn)座子序列廣泛存在于植物基因組中，在作物馴化中發(fā)揮了重要作用。白菜是十字花科蕓薹屬重要蔬菜，種內(nèi)多樣性極高，包含了大白菜、小白菜、菜心、油用白菜和蕪菁等形態(tài)差異顯著的類型。在白菜基因組中，轉(zhuǎn)座子含量高達(dá)50%。但是，由于系統(tǒng)識別群體中轉(zhuǎn)座子插入變異一直存在挑戰(zhàn)，因此關(guān)于轉(zhuǎn)座子在白菜類作物馴化中發(fā)揮的作用缺乏明確的論述。

 

　　本研究開發(fā)了將白菜泛基因組和群體重測序數(shù)據(jù)相結(jié)合，鑒定白菜物種轉(zhuǎn)座子插入變異的方法。首先，利用泛基因組中de novo組裝序列準(zhǔn)確鑒定存在于不同白菜基因組中的轉(zhuǎn)座子插入變異，構(gòu)建白菜物種可靠的轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)性變異庫；依據(jù)白菜轉(zhuǎn)座子插入變異庫實現(xiàn)了利用重測序在群體水平系統(tǒng)鑒定白菜基因組中的轉(zhuǎn)座子插入變異的方法。

 

　　基于白菜群體中轉(zhuǎn)座子插入多態(tài)性（TIPs）信息，研究團(tuán)隊開展了不同類型白菜群體結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子插入變異不僅與白菜不同形態(tài)型的馴化密切相關(guān)，也與現(xiàn)代大白菜育種中春、夏和秋大白菜類型的形成密切相關(guān)。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在基因區(qū)的轉(zhuǎn)座子插入變異與基因的轉(zhuǎn)錄水平、編碼區(qū)長度和編碼區(qū)數(shù)量均高度相關(guān)，轉(zhuǎn)座子插入到基因區(qū)后可以行使內(nèi)含子的功能，并導(dǎo)致基因表達(dá)量改變。經(jīng)過與非同義突變SNP的比較分析，發(fā)現(xiàn)參與白菜不同形態(tài)型馴化的候選基因中TIP的平均選擇壓力顯著地大于非同義突變SNP。此外，鑒定到了四個包含TIP的候選基因，分別是BrMYB18.1，BrFLOR1.2，BrVRN1.2和BrFT2，這些基因極有可能參與調(diào)控大白菜葉片結(jié)球、白菜開花性狀的馴化。

 

　　總之，通過系統(tǒng)開展白菜物種中轉(zhuǎn)座子插入變異分析，該研究揭示了轉(zhuǎn)座子插入變異在不同類型白菜馴化中的重要作用。這些包含TIP的重要候選基因?qū)龠M(jìn)對大白菜葉球性狀以及白菜開花性狀的研究。同時，研究中鑒定到的與不同類型白菜馴化相關(guān)的重要轉(zhuǎn)座子插入變異豐富了白菜物種變異庫，促進(jìn)挖掘更多與重要農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因，為白菜分子標(biāo)記輔助育種奠定了重要基礎(chǔ)。

 

　　蔬菜分子設(shè)計育種團(tuán)隊博士后蔡旭為第一作者，武劍研究員、王曉武研究員為論文通訊作者。該科研團(tuán)隊多年從事蕓薹屬物種基因組演化和馴化研究。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2021YFF1000101）、國家自然科學(xué)基金（32072593；32072594）、基本科研業(yè)務(wù)費（Y2020PT21）和創(chuàng)新工程項目的支持。