近日，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)趙建軍團(tuán)隊(duì)合作在《Science》期刊上發(fā)表題為“Gapless pangenome analyses reveal fast Brassica rapa subspeciation”。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬衛(wèi)教授、劉遠(yuǎn)銘副教授、張曉孟副教授，河南省農(nóng)科院蔬菜研究所魏小春研究員，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)李曉楠教授，蘇州農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所劉照坤副研究員，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)袁凌云教授，廣州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村科學(xué)院正高級(jí)農(nóng)藝師李光光為該論文的共同第一作者。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)趙建軍教授、馬衛(wèi)教授和洪益國(guó)教授，河南省農(nóng)科院蔬菜研究所原玉香研究員，根特大學(xué)Yves Van de Peer教授為論文的通訊作者。

該研究構(gòu)建了11個(gè)0 gap T2T基因組+泛基因組，繪制最精細(xì)的白菜“基因組地圖”。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)1720份不同亞種的白菜材料進(jìn)行重測(cè)序，精選11份代表性材料，綜合運(yùn)用PacBio HiFi、Nanopore超長(zhǎng)讀長(zhǎng)、Hi-C和MGI短讀長(zhǎng)等多種測(cè)序技術(shù)，成功組裝出覆蓋全部端粒和110個(gè)完整（泛）著絲粒的“端粒到端粒”（T2T）0 gap基因組，還挖掘到6992個(gè)新基因，結(jié)合已報(bào)道的20份白菜基因組數(shù)據(jù)，構(gòu)建了目前最全面的白菜泛基因組，為在群體尺度上開(kāi)展白菜遺傳多樣性與演化規(guī)律的精細(xì)解析提供了高質(zhì)量的基因組資源。

該研究解析了著絲粒+結(jié)構(gòu)變異，鎖定亞種快速分化的“基因組發(fā)動(dòng)機(jī)”。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)制備白菜CENH3特異抗體并開(kāi)展ChIP-seq，在11份代表材料的每一條染色體上逐一“點(diǎn)亮”功能著絲粒，首次在B. rapa各亞種中完整繪制出110個(gè)（泛）著絲粒的結(jié)構(gòu)圖譜，挖掘出5種未知的白菜泛著絲粒特異衛(wèi)星重復(fù)序列（satellites）；以圖泛基因組為框架系統(tǒng)梳理全基因組結(jié)構(gòu)變異，構(gòu)建了覆蓋31份材料的結(jié)構(gòu)變異（SV）圖譜，共鑒定出超過(guò)27萬(wàn)條SVs，建構(gòu)了“結(jié)構(gòu)變異地圖”；提出了一個(gè)“SV–亞種特異基因–著絲粒模塊”的三元協(xié)同演化模型：結(jié)構(gòu)變異和亞種特異基因提供形態(tài)分化的主要遺傳基礎(chǔ)，著絲粒的模塊化重塑在保證發(fā)育穩(wěn)健性的同時(shí)為基因組創(chuàng)新“騰挪空間”，三者共同推動(dòng)B. rapa在有限時(shí)間內(nèi)形成多樣化亞種，也即快速演化的著絲粒與廣泛存在的結(jié)構(gòu)變異相互作用，構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)白菜亞種“快速分化”的基因組發(fā)動(dòng)機(jī)。

該研究完成從泛基因組關(guān)聯(lián)到功能驗(yàn)證，確定白菜葉球形成“總開(kāi)關(guān)” （BrLH1）。研究團(tuán)隊(duì)利用1720份材料，開(kāi)展基于SNP、InDel和PAV的pan-GWAS，精確鎖定A07染色體上單拷貝基因BrLH1為與葉球形成強(qiáng)關(guān)聯(lián)的唯一候選位點(diǎn)，并通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，從遺傳學(xué)上將BrLH1明確為控制大白菜葉球形成的主效基因。同時(shí)功能層面上，BrLH1屬于多C2結(jié)構(gòu)域跨膜蛋白家族，可通過(guò)與BrSUB等受體激酶互作調(diào)控葉片生長(zhǎng)方向與空間排布，從而塑造葉球結(jié)構(gòu)。由此，BrLH1被確立為葉球形成的核心調(diào)控節(jié)點(diǎn)，也是未來(lái)開(kāi)展結(jié)球分子設(shè)計(jì)育種的關(guān)鍵靶標(biāo)。