一月新闻排行

第一张榨菜高质量基因组图谱问世

发布时间:2016-09-13来源:浙大新闻办作者:周炜 卢绍庆浏览次数:2934




    出国旅行,许多人都会带上榨菜或梅干菜,它们是“家乡味”的代表。英国伦敦时间2016年9月5日,Nature Genetics(《自然遗传》)杂志在线发表了浙江大学农业与生物技术学院园艺系张明方教授团队的最新研究成果,课题组通过高通量测序技术,绘制了世界上第一张榨菜全基因图谱,并从基因组选择与进化层面解答了 “家乡味”的成因,这一进展将对芥菜类蔬菜作物的改良产生重要意义。
    
    
    榨菜的家族谱系

    
    菜用芥菜是我国重要的加工蔬菜,榨菜和雪里蕻、大头菜等都属于不同的变种,它们在浙江、四川、重庆等南方许多省市广泛栽培。1935年科学家提出著名的“禹氏三角”解答了十字花科芸薹属不同物种之间的“通婚 ”关系:芥菜(Brassica juncea,2n=36,AABB)是由祖先白菜(Brassica rapa,2n=20,AA)和黑芥(Brassica nigra,2n=16,BB)自然杂交后再经加倍形成的异源多倍体。此外,甘蓝型油菜的祖先是白菜和甘蓝;埃塞俄比亚芥的祖先是甘蓝和黑芥。
    
    通过基于Illumina、PacBio和BioNano平台的高通量测序技术,结合构建的高密度遗传图谱,张明方课题组首次完成了芸薹属中异源多倍体榨菜(AABB基因组)的高质量基因组图谱,并进一步丰富和深化了对榨菜的“家谱”的认识。
    
    研究发现,芥菜物种形成于3.9-5.5万年前,为单一地理起源,其A亚基因组与白菜型油菜(B. rapa ssp. tricolaris)亲缘关系更近,然后演化成蔬菜用和油用芥菜两个主要类群。
    
    据了解,菜用芥菜主要分布在中国以及东亚国家和地区,油用芥菜主要分布在印度等南亚国家和地区。
    
    
    写在基因里的“家乡味”
    

    众所周知,基因是决定植物产量、品质和抗病等重要性状的关键因素。那么榨菜、梅干菜的“家乡味”,是受什么基因影响呢?通过全基因组分析,课题组找到了两组同源基因序列,“其中一组与硫代葡糖糖苷代谢有关,它们发生了差异化进化,这就是为什么我们有的榨菜闻起来香,有的香味不明显。另外一组则与油脂代谢有关,决定着油用芥菜的产油量和油脂的组分。”
    
    论文第一作者杨景华副教授介绍,多倍化是植物进化中的普遍现象。半个世纪以来,众多学者以小麦、棉花、油菜等为模式作物,对复杂基因组组装和同源基因表达进行了广泛研究,但尚未揭示多倍体物种中同源基因表达与选择的机制。这种机制,终于通过我国的“乡土”作物榨菜得到了揭示:异源多倍体芥菜亚基因组间呈非对称进化,亚基因组间同源基因中具有显著表达差异的基因表现出更快的进化速率,这些基因在菜用和油用芥菜分化中受到选择。
    
    
    分子育种的未来

    
    Nature Genetics外审专家认为, “这些亚基因组间具有表达差异的同源基因对多倍体演化起着重要作用,可用于作物改良的目标基因的选择(suggesting that these genes may be contributing to novel features of polyploids and may also be preferential targets for crop improvement)。 ”
    
    张明方认为,榨菜全基因组信息的解析不但可以推动芥菜类蔬菜作物分子育种的进程,同时,还能以从理论上预测重要农业性状的选择,推动对基因组育种的认识和应用。“我们将进一步寻找植物性状与基因序列之间对应的关系,将来,我们就可以在实验室里精准地进行分子设计育种,加速新品种选育的进程。”
    
    “例如,田间的榨菜有的抗病能力强,有的则很容易遭到病害,我们会试图找到决定抗病能力的基因,通过分子育种的方式对作物进行改良。”杨景华说,“课题组还试图通过找到控制榨菜膨大部位的基因,来‘设计’膨大部位所在的高度,以便于机械化采收。”
    
    据介绍,该研究与北京百迈客生物科技有限公司、中国农科院蔬菜花卉研究所、美国内布拉斯加大学、澳大利亚西澳大学、印度德里大学等国内外科研单位广泛合作。该项研究成果得到了浙江省科技计划公益技术研究农业项目、农业部财政专项和国家自然科学基金等项目的支持。
    
    (文 周炜 / 摄影 卢绍庆 )