河北農業大學發表《Science》

近日，河北農業大學趙建軍團隊合作在《Science》期刊上發表題為“Gapless pangenome analyses reveal fast Brassica rapa subspeciation”。河北農業大學馬衛教授、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，沈陽農業大學李曉楠教授，蘇州農業科學院蔬菜研究所劉照坤副研究員，安徽農業大學袁凌云教授，廣州市農業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。河北農業大學趙建軍教授、馬衛教授和洪益國教授，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星重復序列（satellites）；以圖泛基因組為框架系統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”的三元協同演化模型：結構變異和亞種特異基因提供形態分化的主要遺傳基礎，著絲粒的模塊化重塑在保證發育穩健性的同時為基因組創新“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點，也是未來開展結球分子設計育種的關鍵靶標。