同源置換在異源多倍體蕓薹屬馴化中有關鍵作用

近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所分子設計育種團隊與荷蘭瓦赫寧根大學植物育種組合作，在《基因組生物學》（Genome Biology）期刊上發表了研究論文。該研究首次系統揭示了同源置換（Homoeologous Exchange, HE）在異源多倍體蕓薹屬蔬菜馴化中的關鍵作用。

多倍化是植物進化中的重要驅動力，尤其在蕓薹屬蔬菜（如油菜、芥菜）的物種分化與馴化中發揮著重要作用。在異源多倍體中，由不同亞基因組之間發生的同源置換現象能夠引起基因組結構變化，從而導致基因表達和表型多樣性。然而，同源置換事件在植物適應性和馴化中的具體機制尚不清楚。

該研究通過對蕓薹屬異源多倍體甘藍型油菜中代表不同形態類型和生態型的材料的全基因組重測序數據進行分析，解析了同源置換在甘藍型油菜馴化過程中的作用。結果表明，同源置換事件在不同油菜種群和個體中廣泛存在，并且同源置換事件在近期油菜馴化過程中仍然發生。研究進一步表明，同源置換事件不僅影響了基因組結構，還與油菜中不同形態類型和生態型的性狀多樣性相關，可能幫助這些作物適應不同的環境和馴化需求。

研究特別對蕪菁甘藍（Swede）進行了深入研究，組裝了新的參考基因組，確認了同源置換事件在其基因組中的重要信號。蕪菁甘藍存在大量A基因組片段替換C基因組片段的情況，表明其根膨大的蕪菁祖先A基因組片段替換C基因組相應片段可能在根膨大的馴化中發揮了重要作用。

另外，同源置換事件影響了其開花時間調控以及根膨大發育相關的基因，提示這些同源置換置換基因組區域參與了蕪菁甘藍營養發育以及根塊形成過程。這些發現為油菜中不同類群的馴化和性狀形成提供了新的見解，也為未來的育種工作帶來了潛在的應用價值。

此外，在另一異源多倍體蕓薹屬物種——芥菜馴化中也觀察到同源置換事件受到顯著的選擇，表明這一現象在多倍體作物的馴化中具有廣泛的適應性和進化意義。

蔬菜所蔬菜分子設計育種團隊和荷蘭瓦赫寧根大學植物育種組聯合培養博士王天鵬為論文第一作者。蔬菜所研究員王曉武和荷蘭瓦赫寧根大學教授Guusje Bonnema為論文共同通訊作者。

研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程項目、蔬菜生物育種全國重點實驗室、荷蘭TKI項目以及國家留學基金委的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-024-03370-z