中外科学家携手破译油菜多倍体基因组

       日前，从油料所传出消息，由30多个研究机构组成的国际油菜测序联盟首次解码了甘蓝型油菜的基因组。这是国际上首次对传统的多倍体作物复杂的基因组进行的完整测序和组装，并完成了其与亲本种的系统比较和进化分析。我国科学家是这个联盟的主要力量之一。该突破性研究成果于8月22日发表在国际顶级期刊《科学》上。
 
       甘蓝型油菜是我国的主要油料作物，其基因组命名为AACC，由白菜/白菜型油菜（基因组为AA）和甘蓝（基因组为CC）约于7500年前（新石器后期）在地中海地区经自然杂交形成，于中世纪开始最早在欧洲栽培，为冬油菜类型，其后于20世纪传至世界其它地区，在20世纪中期传入我国后，由我国科学家将其与我国的白菜型油菜杂交和选择形成了半冬性油菜类型，是我国最重要的油料作物；而在北美则通过人工选择形成了春油菜类型。因此，国际油菜测序联盟分别对这三种类型的油菜进行了测序，并决定首先对最早栽培的冬油菜类型进行集中分析和发表。这是我国科学家继领衔完成油菜亲本种白菜和甘蓝全基因组测序后取得的又一阶段性重大成果。

     图：甘蓝型冬油菜基因组图谱。A为基因密度（100K非重叠窗口；其上的三角形表示丢失的基因，红方块表示A和C基因组片段的置换），B和C分别为叶和根的转录状态（100K非重叠窗口）， D为 DNA 转座子密度，E为反座元密度，F为叶（绿色）和根（棕色）CpG 甲基化状况，G为中心粒重复序列。A和C亚基因组间的部分同源关系由彩色线连接。

 

    图：部分同源基因组的交换。以A2染色体为例，An到Cn的转换由Ar2上的蓝色和 Co2上的红色所示，Cn到An的转换由 Co2上的蓝色所示和Ar2上红色所示（n代表油菜基因组，r和o分别代表白菜和甘蓝基因组）

      

       据该项目负责人之一、中国农业科学院油料作物研究所研究员刘胜毅介绍，甘蓝型冬油菜基因组至少包含10.1万多个蛋白编码基因；其中一个主要发现是借助与亲本种甘蓝和白菜基因组的比较，发现该基因组进化的突出特点是两个亚基因组（A和C）存在着广泛的相互的基因或DNA序列置换，如A中的一个基因变成和C中的某个完全一样。这个规律的揭示对多倍体遗传和进化研究具有重要的理论价值，对育种具有重要的指导意义。

       该文的通讯作者之一华中农业大学周永明教授补充解释道，由于四倍体甘蓝型油菜形成较晚，加之它的祖先种中形成的多次基因组加倍事件，导致其为多拷贝基因最多的植物物种之一，也是至今测序的植物种中基因数最多的物种，这为研究植物基因组进化提供了极好材料。

       该文的另一通讯作者湖南农业大学官春云院士指出，因为甘蓝型油菜形成晚，这个多倍体的多拷贝基因大都功能相同，尚未分化，因此它们为含油量、适应性等的遗传改良和分子育种选择提供了丰富的基因库。
 
       我国油菜和甘蓝基因组测序和分析项目总负责人、中国农业科学院油料作物研究所研究员王汉中介绍，破解甘蓝型油菜基因组是一项基础性工作，其研究成果对有效指导和促进油菜遗传改良具有重要意义。这项工作提供了关键的资源平台，今后应加强育种利用的研究。
 
       除上述三家外，我国参加该甘蓝型冬油菜基因组项目的单位还有深圳华大基因研究院和中国农业科学院蔬菜花卉研究所。
 
       该项目研究得到了科技部、国家自然科学基金委、农业部、财政部等部委相关项目的大力支持。

       文章链接：http://www.sciencemag.org/content/345/6199/950.full