白菜基因組研究取得重大進(jìn)展

8月29日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然-遺傳學(xué)（Nature Genetics）》在線發(fā)表了白菜全基因組研究論文（The genome of the mesopolyploid crop species Brassica rapa）。此項(xiàng)成果是在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所和油料作物研究所、深圳華大基因研究院主導(dǎo)下，由中國、英國、韓國、加拿大、美國、法國、澳大利亞等國家組成的“白菜基因組測(cè)序國際協(xié)作組”共同完成，是繼黃瓜基因組測(cè)序和馬鈴薯基因組測(cè)序項(xiàng)目后，由中國主導(dǎo)、通過國際合作完成的蔬菜領(lǐng)域基因組研究的又一重大成果，標(biāo)志著我國以白菜類作物為代表的蕓薹屬作物基因組學(xué)研究取得了國際領(lǐng)先地位。

2003年1月，在美國圣地亞哥，由英國、法國、澳大利亞、韓國、加拿大、美國、中國、德國等國際上主要的十字花科蕓薹屬作物（白菜、甘藍(lán)、油菜等）研究強(qiáng)國組成的“多國蕓薹屬基因組項(xiàng)目指導(dǎo)委員會(huì)”最早提出了開展蕓薹屬作物基因組測(cè)序研究的計(jì)劃，同年6月啟動(dòng)白菜基因組測(cè)序計(jì)劃，但研究進(jìn)展非常緩慢。2008年10月，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所在利用第二代基因組測(cè)序技術(shù)進(jìn)行黃瓜基因組測(cè)序取得重大進(jìn)展的基礎(chǔ)上，聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所和深圳華大基因組研究院，果斷地啟動(dòng)了使用新一代技術(shù)進(jìn)行白菜基因組測(cè)序的研究。

在完成白菜基因組組裝的基礎(chǔ)上，我國科學(xué)家聯(lián)合國際同行進(jìn)一步開展了白菜基因組注釋、比較基因組學(xué)、基因組進(jìn)化和各種相關(guān)的生物學(xué)分析。分析結(jié)果表明，白菜基因組大小約為485Mb，共包含約42 000個(gè)基因；白菜的祖先種與模式物種擬南芥非常相似，它們大約在1 300萬～1 700萬年前發(fā)生了分化，兩者依然維持著良好的基因之間的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系；白菜基因組存在3個(gè)類似但基因密度明顯不同的亞基因組，其中一個(gè)亞基因組密度顯著高于另外兩個(gè)亞基因組，推測(cè)白菜基因組在進(jìn)化過程中經(jīng)歷了兩次全基因組加倍事件與兩次基因丟失的過程。研究發(fā)現(xiàn)，白菜在基因組發(fā)生加倍之后，與器官形態(tài)變異有關(guān)的生長素相關(guān)基因發(fā)生了顯著的擴(kuò)增，白菜基因組復(fù)制導(dǎo)致了許多與形態(tài)變異有關(guān)的基因存在更多拷貝，這可能是白菜類蔬菜具有豐富的根、莖、葉形態(tài)變異的根本原因，這一成果對(duì)研究不同產(chǎn)品器官的形成與發(fā)育具有重要價(jià)值。

據(jù)介紹，白菜是迄今為止測(cè)定的與模式物種擬南芥親緣關(guān)系最近的物種。擬南芥是目前世界上研究得最為透徹的物種之一，大量的擬南芥基因功能得到了闡明。由于白菜基因與擬南芥基因存在高度的相似性，白菜基因組的測(cè)定為利用豐富的擬南芥基因的功能信息架起了橋梁，這為利用模式物種信息進(jìn)行栽培作物的改良奠定了良好的基礎(chǔ)，將極大地促進(jìn)白菜類作物和其他蕓薹屬作物的遺傳改良。

白菜全基因組序列分析的完成是我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域取得的重大新成果，該項(xiàng)目研究得到了科技部基礎(chǔ)司、農(nóng)村司、國際合作司、財(cái)政部科教文衛(wèi)司、農(nóng)業(yè)部科教司、國家自然科學(xué)基金委等部委的大力支持。