蘿卜基因組組裝與抽薹性狀遺傳調控機理解析研究新進展

　　近日，南京農業大學作物遺傳與種質創新利用全國重點實驗室、園藝學院蘿卜遺傳育種團隊在植物學領域權威期刊Plant Biotechnology Journal 在線發表了題為“A chromosome-level genome assembly of radish （Raphanus sativusL.） reveals insights into genome adaptation and differential bolting regulation ”的研究論文。該論文報道了蘿卜晚抽薹種質‘NAU-LB' 染色體級別高質量基因組序列圖譜，分析了蘿卜基因組進化特征與抽薹開花的轉錄調控通路，研究結果豐富了蘿卜基因組序列資源，為研究蘿卜基因組遺傳變異特征構建了重要序列資源平臺，將為解析蘿卜重要園藝性狀形成機制、開展生物技術育種提供堅實數據支撐與理論基礎。

　　蘿卜（Raphanus sativusL.） 是原產于我國的十字花科重要根菜類蔬菜作物。高質量基因組組裝是分離鑒定基因組結構變異、解析目標性狀形成遺傳機制的重要基礎。近年來，雖有不同蘿卜基因組圖譜陸續公布，然而在基因組完整度、著絲粒區域組裝和基因功能注釋等方面仍需進一步提升。

　　該研究綜合利用Illumina、PacBio、BioNano與Hi-C等技術對'NAU-LB’進行從頭組裝（圖1），基因組序列總長度為476.32Mb，contig N50為1.76 Mb，scaffold N50達56.88 Mb；其中448.12Mb錨定到蘿卜9條染色體上，掛載率為94.08%，共注釋到40,306個蛋白編碼基因，CEGMA完整度達97.18%。利用著絲粒特異組蛋白CENH3抗體，采用ChIP-seq與熒光原位雜交（FISH） 技術，大幅提升了著絲粒區域高度重復序列組裝的連續性。

　　'NAU-LB' 基因組含有249.14 Mb （52.31%） 重復序列，LTR逆轉錄轉座子占比30.31%。進一步分析表明，有2970個基因中存在轉座子元件插入，分析了完整LTR-RTs在基因編碼區、啟動子及3' UTR區域的分布特征。4DTv與Ks分析表明，蘿卜與其它十字花科作物共享一次全基因組三倍化事件（WGT）。進化分析表明，分別有1078個和4445個基因家族存在擴張和收縮（P<0.01），顯著擴張基因主要富集于離子運輸、跨膜轉運等生物過程。

　　通過比較基因組分析，鑒定出SNPs、InDels及SVs等遺傳變異。在15,497個大片段InDels中，發現'NAU-LB' 的RsVRN1基因啟動子536bp處存在一個647bp插入片段，熒光素酶試驗分析表明，該插入顯著降低RsVRN1In-536單倍型基因啟動子活性。通過蘿卜肉質根酵母文庫篩選，結合Y1H、EMSA與雙熒光素酶分析，鑒定出DOF類轉錄因子RsCDF3特異結合RsVRN1In-536基因啟動子647bp插入中DOF結合元件（5'-TACTTTAT-3’），并顯著抑制RsVRN1基因轉錄水平。異源轉化擬南芥植株表明RsCDF3基因為抽薹開花負調控因子，初步揭示了其不依賴于CO/FT基因的抽薹開花轉錄調控通路。進一步遺傳分析表明，攜帶RsVRN1In-536等位基因的F2株系抽薹時間明顯晚于僅攜帶RsVRN1Del-536等位基因的株系（圖2），表明RsVRN1In-536等位基因可用于晚抽薹蘿卜種質遺傳改良與創新利用。

　　作物遺傳與種質創新利用全國重點實驗室、園藝學院徐良副教授為論文第一作者，柳李旺教授為通訊作者。根莖蔬菜遺傳改良與綠色生產創新團隊王燕副教授與博士生董俊輝等、南通大學生科院王凱教授、澳大利亞西澳大學Chen YL教授與揚州大學園藝園林學院青年教師王淪、馬銀波博士也參與了此項研究；美國密歇根州立大學（MSU） Shinhan Shiu教授給予建議。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、江蘇省種業振興揭榜掛帥、江蘇現代農業（蔬菜） 產業技術體系根莖類蔬菜創新團隊與江蘇高校優勢學科建設工程（PAPD） 等項目的資助。