近日，Plant Biotechnology Journal在線發表了中國農業科學院蔬菜花卉研究所蔬菜分子設計育種團隊完成的題為“Transposable element insertion: a hidden major source of domesticated phenotypic variation in Brassica rapa”（轉座子插入是白菜馴化表型變異的一個“隱藏”的主要來源）研究。這是蔬菜分子設計育種團隊在前期白菜泛基因組研究基礎上，進一步挖掘白菜基因組變異獲得的研究成果。

 

　　轉座子序列廣泛存在于植物基因組中，在作物馴化中發揮了重要作用。白菜是十字花科蕓薹屬重要蔬菜，種內多樣性極高，包含了大白菜、小白菜、菜心、油用白菜和蕪菁等形態差異顯著的類型。在白菜基因組中，轉座子含量高達50%。但是，由于系統識別群體中轉座子插入變異一直存在挑戰，因此關于轉座子在白菜類作物馴化中發揮的作用缺乏明確的論述。

 

　　本研究開發了將白菜泛基因組和群體重測序數據相結合，鑒定白菜物種轉座子插入變異的方法。首先，利用泛基因組中de novo組裝序列準確鑒定存在于不同白菜基因組中的轉座子插入變異，構建白菜物種可靠的轉座子插入多態性變異庫；依據白菜轉座子插入變異庫實現了利用重測序在群體水平系統鑒定白菜基因組中的轉座子插入變異的方法。

 

　　基于白菜群體中轉座子插入多態性（TIPs）信息，研究團隊開展了不同類型白菜群體結構分析，發現轉座子插入變異不僅與白菜不同形態型的馴化密切相關，也與現代大白菜育種中春、夏和秋大白菜類型的形成密切相關。此外，本研究發現，發生在基因區的轉座子插入變異與基因的轉錄水平、編碼區長度和編碼區數量均高度相關，轉座子插入到基因區后可以行使內含子的功能，并導致基因表達量改變。經過與非同義突變SNP的比較分析，發現參與白菜不同形態型馴化的候選基因中TIP的平均選擇壓力顯著地大于非同義突變SNP。此外，鑒定到了四個包含TIP的候選基因，分別是BrMYB18.1，BrFLOR1.2，BrVRN1.2和BrFT2，這些基因極有可能參與調控大白菜葉片結球、白菜開花性狀的馴化。

 

　　總之，通過系統開展白菜物種中轉座子插入變異分析，該研究揭示了轉座子插入變異在不同類型白菜馴化中的重要作用。這些包含TIP的重要候選基因將會促進對大白菜葉球性狀以及白菜開花性狀的研究。同時，研究中鑒定到的與不同類型白菜馴化相關的重要轉座子插入變異豐富了白菜物種變異庫，促進挖掘更多與重要農藝性狀相關的基因，為白菜分子標記輔助育種奠定了重要基礎。

 

　　蔬菜分子設計育種團隊博士后蔡旭為第一作者，武劍研究員、王曉武研究員為論文通訊作者。該科研團隊多年從事蕓薹屬物種基因組演化和馴化研究。本研究得到了國家重點研發計劃（2021YFF1000101）、國家自然科學基金（32072593；32072594）、基本科研業務費（Y2020PT21）和創新工程項目的支持。