作者:张成杰 来源:澎湃新闻 发布时间:2024/2/14 9:03:07
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我国科学家揭示甘蓝变种快速驯化的隐藏驱动力

 

近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种创新团队和甘蓝类蔬菜遗传育种创新团队,联合荷兰瓦赫宁根大学植物育种系生长与发育团队,在国际著名期刊Nature Genetics上发表题为“Large-scale gene expression alterations introduced by structural variation drive morphotype diversification in Brassica oleracea”的研究论文,构建了包含所有变种类型的甘蓝泛基因组,揭示了甘蓝变种快速驯化的隐藏驱动力,获得了一批重要性状的关键基因。

甘蓝进化树和代表性材料以及结构变异引起的基因表达改变。


甘蓝类蔬菜作物种类众多,包括结球甘蓝(圆白菜)、花椰菜、青花菜、芥蓝、苤蓝、羽衣甘蓝、抱子甘蓝等十余种变种类型,在世界范围内广泛种植,是我国最重要的一大类蔬菜作物之一。甘蓝类蔬菜的形态变异十分丰富,如结球甘蓝由多层叶片包裹形成的叶球,抱子甘蓝腋芽分化形成的小叶球,青花菜、花椰菜茎顶端分化形成的巨大花球,苤蓝茎基部膨大形成的肉质球茎等。

尽管类型丰富多样,其驯化历史相对较短(2500年以内,部分约500年)。与其他作物相比,甘蓝类蔬菜具有形态类型快速多样化驯化的特征。甘蓝类蔬菜在较短的驯化过程中形成异常丰富表型变异的机制尚不清楚。因此,揭示甘蓝类蔬菜快速驯化的驱动力,解析调控不同变种分化和特异性状形成的遗传机制是亟待解决的科学问题,对于甘蓝类蔬菜的分子设计育种具有重要意义。

该研究为甘蓝变种形成的驯化机制提供了新的见解,研究中建立的“结构变异-基因表达改变-表型变异”的调控模型,加深了对于结构变异调控性状形成机制的理解,对于回答“植物表型多样化是如何形成的”这一重大科学问题具有重要意义。另外,研究成果首次揭示了基因表达剂量是基因丢失或功能变异之外的驯化选择作用的重要对象,对于其他作物的驯化研究具有参考价值。

中国科学院院士钱前表示,这项研究揭示了结构变异(SV)调控基因表达是甘蓝多样性进化的“分子加速器”这一重要规律。甘蓝群体中的结构变异能够改变重要性状调控基因的表达剂量,进而驱动一系列甘蓝形态多样性的形成。这一规律具有普遍性,相关成果不仅为农作物的应用基础研究提出了新的方向,也为未来种质创制与育种策略的制订提供了新思路。

中国科学院院士黄三文称,这项研究率先揭示了基因表达剂量作为驯化作用对象的驯化选择新模式,是对基因丢失或功能变异等驯化作用对象的重要补充,研究成果可为其他作物的驯化研究等提供参考。同时,这一成果也再次证明我国在十字花科基因组学领域处于国际领先地位。


 
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