中国农科院Nat Genet发表蔬菜育种重大突破

　　

生物通报道：大头菜和白菜有很多共同之处：它们都有紧密包裹起来的叶子，形成一个多叶的头状。然而，值得注意的是，这两种作物起源于两种不同的芸薹属植物，是由来自不同大洲的农民所使用和驯化。8月15日在《Nature Genetics》发表的一项研究中，来自中国农科院、南京农业大学以及荷兰瓦赫宁根大学的科学家表明，在欧洲和亚洲驯化的这两种不同芸薹属植物物种，有时会产生非常相似的作物。中国农科院蔬菜花卉研究所的研究员王晓武和副研究员武剑，以及荷兰瓦赫宁根大学的Guusje Bonnema博士，是本文共同通讯作者。南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室位第二完成单位。点击阅读中国农科院的其他研究成果：中国农科院Nature子刊CRISPR新成果；中国农科院水稻研究刊登国际主流期刊；中国农科院用CRISPR实现大豆基因组编辑。

卷心菜、甘蓝和花椰菜都是近缘种，在几个世纪前由欧洲农民从野生的甘蓝祖先驯化而来。在亚洲，一个完全不同的物种——白菜，发展出了外表类似的作物，如白菜、小白菜和萝卜。该研究小组解释了这两个地理位置非常不同的芸薹属作物品种，是如何发展出如此多不同的、但却往往非常相似的作物。

虽然作物的驯化是一个漫长而复杂的过程，但是在历史上有一些罕见的被称为趋同驯化（convergent domestication）的例子，即属于不同单源群的成员格子独立地进化出相似的表型，以适应相似的生存环境。根据本文共同通讯作者、荷兰瓦赫宁根大学植物育种科学家Guusje Bonnema的说法，在欧洲和亚洲的白菜作物就是这个过程的一个很好的例子。“这两个芸薹属作物品种显然都比较容易驯化，有时驯化为很相似的作物，如卷心菜、萝卜和大头菜。在欧洲和亚洲，种植芸薹属作物是为了食用它们的花器官，如花椰菜、西兰花、意大利菜心和菜心。”

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芸薹属物种如此适合于驯养和繁殖，是由于它们基因组的三倍性。这意味着，大的DNA片段与许多基因，一式三份地存在于基因组内。一千六百万年前，这种三倍体发展成了芸苔属植物的祖先。这些所谓的同源基因能够确保，基因的变异可以在后代中被选择。当这发生时，没有任何的基本功能损失，因为这些功能仍然由同源基因完成。

Bonnema说：“一棵白菜紧紧包裹，可以很好的保存，这意味着叶子被折叠到一起。由于卷心菜含有一个特定基因的三个拷贝，例如，其中一个副本可以形成一个突变，使得叶子折叠，而其他副本保留其原有的功能。将其与其他没有最近基因组复制的驯化物种进行比较之后，我们发现，这些物种一般显示出较少差异的蔬菜类型。因此，在一个基因中的一个突变是不容易被选择的，并将会消失。”

选育完美的甘蓝
本研究首次提供证据表明，基因组三倍化，可增加两个芸薹属作物品种的多样性和趋同驯化的机会。Bonnema说：“这项研究提供了一个非常棒的视角，来了解驯化如何发挥作用并创造了驯化出新作物的机会。”此外，通过更深入地了解相关基因是如何运作的，育种者就可以培育出完美的甘蓝品种。

Bonnema总结说：“知道哪些基因产生了一个更宽或更大的叶片，哪些基因使得叶片向内折叠，可让我们特异性地选择这些特性。”

（生物通：王英）

注：王晓武 1966年11月出生，男，博士、研究员、博士生导师。《Scientia Horticulturae》杂志编委。现主要从事芸薹属和瓜类作物基因组学、芸薹属作物代谢组学研究、雄性不育功能基因组学、基于高通量测序的分子标记开发与分子育种等研究。设计并建立了利用甘蓝显性雄性不育基因进行杂交制种的技术体系。建立了多种新型分子标记方法；通过甘蓝显性雄性不育基因表达谱研究发现大量花药特异表达基因，克隆了BoPMEI基因，并完成了该雄性不育基因的染色体定位和分子标记辅助选择技术研究。

武剑　博士，副研究员。2006年6月毕业于中国农科院研究生院，获得博士学位；2007年毕业于荷兰Wageningen大学，获得博士学位。主要从事十字花科植物矿质营养含量的基因克隆和遗传分析，芸薹属作物基因组学研究，芸薹属作物代谢组学研究，基于高通量测序的分子标记开发与分子育种等研究。克隆了6个参与锌超富集植物Thlaspi caerulescens金属积累的金属转运蛋白基因；调查了白菜类作物锌、铁、锰含量和锌胁迫耐性的自然变异；利用大白菜DH群体构建了遗传图谱，定位了白菜矿质元素含量相关的QTL。

生物通推荐原文摘要：
Subgenome parallel selection is associated with morphotype diversification and convergent crop domestication in Brassica rapa and Brassica oleracea
Abstract：Brassica species, including crops such as cabbage, turnip and oilseed, display enormous phenotypic variation. Brassica genomes have all undergone a whole-genome triplication (WGT) event with unknown effects on phenotype diversification. We resequenced 199 Brassica rapa and 119 Brassica oleracea accessions representing various morphotypes and identified signals of selection at the mesohexaploid subgenome level. For cabbage morphotypes with their typical leaf-heading trait, we identified four subgenome loci that show signs of parallel selection among subgenomes within B. rapa, as well as four such loci within B. oleracea. Fifteen subgenome loci are under selection and are shared by these two species. We also detected strong subgenome parallel selection linked to the domestication of the tuberous morphotypes, turnip (B. rapa) and kohlrabi (B. oleracea). Overall, we demonstrated that the mesohexaploidization of the two Brassica genomes contributed to their diversification into heading and tuber-forming morphotypes through convergent subgenome parallel selection of paralogous genes.