CGM第596期：芸薹属A基因组演化和自交不亲和位点序列特征解析
中国农业科学院 · 副研究员
博士，中国农业科学院副研究员。主要从事白菜、甘蓝、芥菜等芸薹属蔬菜的基因组学与分子育种研究。完成了甘蓝高质量参考基因组升级、白菜泛基因组构建及榨菜染色体级别基因组组装和群体变异解析等系统性工作，开发了基于泛基因组的转座子分析新方法，揭示了转座子动态演化在物种分化、形态驯化及气候适应中的关键作用，并挖掘出多个调控重要农艺性状的关键基因。基于深入的基因组学分析，开发并应用了一大批与芸薹属蔬菜抗病、优质、高产等重要性状紧密关联的关键分子标记。先后主持中国博士后科学基金特别资助及面上一等资助项目，国家自然科学基金青年项目、国家“十四五”重点研发计划项目子课题。获中国农业科学院“优农计划”特别资助，入选蔬菜花卉研究所杰出博士后计划，并获得中国农业科学院“优秀博士后”称号。相关成果以第一（含共一）作者身份发表于Nature Genetics、Genome Biology、Plant Biotechnology Journal、Horticulture Research、Cell Reports、Theoretical and Applied Genetics等SCI期刊。
芸薹属物种构成了经典的“U三角”模型，包括白菜（AA）、黑芥（BB）、甘蓝（CC）三个二倍体物种，以及由它们杂交形成的油菜（AACC）、芥菜（AABB）、埃塞俄比亚芥（BBCC）三个四倍体物种。携带“A”基因组的白菜、油菜和芥菜，既是重要蔬菜，也是重要油料作物。已有证据表明，白菜类作物是自新石器时代起就被种植的古老作物。携带“A”基因组的四倍体作物，油菜和芥菜分别被认为起源于约7500年前的地中海地区和约8000–14000年前的西亚地区。这些作物在人类农业发展历史中具有重要的地位。然而，由于“A”基因组作物在人类历史早期便已广泛传播，且其可靠的野生祖先资源尚未明确，导致白菜起源与驯化历史至今仍不清晰，限制了四倍体作物油菜和芥菜物种起源与演化的研究。
本研究构建了由3,330份材料组成的“A”基因组变异图谱，开发了用于检测泛基因组变异的基因组泛区块（Pan-Block）流程，构建了由21个白菜基因组组成的Pan-Block。基于Pan-Block策略，发现了一个古老基因组倒位事件，据此，重建了“A”基因组的演化历史，提出白菜起源及在欧亚大陆的三条主要扩散路线，并为油菜和芥菜的物种形成提供了新证据。此外，自交不亲和（SI）是维持白菜遗传多样性的基础，这一特性被广泛应用于杂交制种。SI位点序列特征解析及其单倍型识别，对于揭示自交不亲和机制及其应用研究具有重要的意义。然而，该位点序列高度复杂，单倍型极端多样，给自交不亲和研究带来极大挑战。本研究利用Pan-Block策略，揭示了SI位点复杂的结构变异规律，发现不同单倍型均拥有独特的转座子条形码模式，形成了“基因组保险箱”结构，阻止了不同单倍型之间互相重组，这对维持自交不亲和系统至关重要。
参考文献
- Xu Cai, Zhicheng Zhang, Lupeng Zhang, Fengming Li, Yufang Li, Haixu Chen, Lichun Chang, Tingting Zhang, Jianli Liang, Xiaowu Wang, Jian Wu. Genomic analysis of 3,330 accessions provides insights into the evolutionary history and self-incompatibility locus of the Brassica A genome. Nature Genetics. 2026;58(7):1687-1695. DOI: 10.1038/s41588-026-02626-7
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