近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所蔬菜分子設計育種創新團隊的研究揭示了多倍化和結構變異對白菜種內分化的影響機制，該研究鑒定了與結球白菜馴化相關的重要候選基因，并獲得了白菜物種豐富的基因組變異，研究成果不僅加深了對葉球形成馴化的認識，還將有助于挖掘更多與重要農藝性狀相關的基因，進一步促進白菜育種研究。相關成果在線發表在《基因組生物學（Genome Biology）》上。
白菜研究有巨大空間
白菜是國人菜籃子中最常見的蔬菜。這種價格親民的蔬菜種類豐富，目前市場上的主要類型有大白菜、小白菜、菜心、烏塌菜、蕪菁以及白菜型油菜，還有進口的日本水菜和小菘菜、意大利菜心等。
研究團隊首席研究員王曉武介紹，隨著我國農業栽培技術的進步和國人消費習慣的改變，白菜類蔬菜種植的季節、地域和收獲時節都得到了極大拓展，育種的目標也逐漸從追求產量向追求營養與口感轉變。而在當前，基因組學的發展和相關技術的應用，讓未來的育種有了巨大的空間。
白菜泛基因組研究的重要意義
王曉武向記者介紹，白菜基因組學的研究與其他作物是類似的。在研究大量資源材料的基因組時，以往首先選擇一份材料，通過基因組的深度測序與從頭組裝形成完整的基因組序列做為參考，在此基礎上通過二代測序技術進行重測序，獲得不同材料的大量短序列進行分析。“這就像拼圖游戲，每一個短序列就像拼圖的一個碎片，雖然能夠顯示部分特征，但當資源材料的基因組某些區域與參照基因組差異較大時，例如一些大的插入和缺失，以及其他復雜的結構差異，通過短序列比對是無法發現的。”王曉武說。
為了克服這一局限，本研究基于白菜大規模重測序數據，選擇了代表性大白菜、小白菜、菜心、油用白菜和蕪菁等16份不同類型的白菜資源材料，進行基因組從頭組裝。研究結合已發表的大白菜和油用白菜完整基因組，構建了由18個代表性材料組成的白菜泛基因組，并通過構建整合結構變異的圖形基因組，鑒定到與大白菜葉球馴化相關的重要候選基因。
白菜基因遺傳方式的新發現
白菜是一個存在三套亞基因組的古多倍體生物，它通常被認為經歷了一個“兩步演化”的過程，在此過程中兩套亞基因組經歷了兩次基因丟失，另外一套亞基因組只經歷了一次基因丟失，形成了一套亞基因組基因數多于另外兩套的優勢亞基因組現象。
研究團隊發現，白菜種內分化過程中，基因偏向性丟失持續進行，并導致白菜亞基因組優勢在繼續擴大。這表明，除“兩步演化”導致白菜亞基因組優勢形成之外，基因組組成可能是導致亞基因組優勢形成的另一個重要因素。
據介紹，本次研究獲得了大量白菜基因的結構性變異信息和單堿基多態性信息，并且新注釋了大量的白菜基因，對十字花科植物基因組研究，以及白菜新品種培育有著重要的推動作用，是白菜基因克隆和基因功能分析的重要基礎性工作。
王曉武介紹，下一步研究團隊將獲得更多白菜及其他十字花科蔬菜的完整基因組，開展更廣泛的泛基因組研究，還將建立所有基因組變異信息的數據庫，供全世界相關科研工作者參考，尤其為育種專家培育新品種提供基礎支撐。
