柳李旺教授團(tuán)隊在蘿卜基因組組裝與抽薹性狀遺傳調(diào)控機(jī)理解析方面取得新進(jìn)展

　　近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國重點實驗室、園藝學(xué)院蘿卜遺傳育種團(tuán)隊在植物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Plant Biotechnology Journal 在線發(fā)表了題為“A chromosome-level genome assembly of radish （Raphanus sativusL.） reveals insights into genome adaptation and differential bolting regulation ”的研究論文。該論文報道了蘿卜晚抽薹種質(zhì)‘NAU-LB' 染色體級別高質(zhì)量基因組序列圖譜，分析了蘿卜基因組進(jìn)化特征與抽薹開花的轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路，研究結(jié)果豐富了蘿卜基因組序列資源，為研究蘿卜基因組遺傳變異特征構(gòu)建了重要序列資源平臺，將為解析蘿卜重要園藝性狀形成機(jī)制、開展生物技術(shù)育種提供堅實數(shù)據(jù)支撐與理論基礎(chǔ)。

 

　　蘿卜（Raphanus sativusL.） 是原產(chǎn)于我國的十字花科重要根菜類蔬菜作物。高質(zhì)量基因組組裝是分離鑒定基因組結(jié)構(gòu)變異、解析目標(biāo)性狀形成遺傳機(jī)制的重要基礎(chǔ)。近年來，雖有不同蘿卜基因組圖譜陸續(xù)公布，然而在基因組完整度、著絲粒區(qū)域組裝和基因功能注釋等方面仍需進(jìn)一步提升。

 

　　該研究綜合利用Illumina、PacBio、BioNano與Hi-C等技術(shù)對'NAU-LB’進(jìn)行從頭組裝（圖1），基因組序列總長度為476.32Mb，contig N50為1.76 Mb，scaffold N50達(dá)56.88 Mb；其中448.12Mb錨定到蘿卜9條染色體上，掛載率為94.08%，共注釋到40,306個蛋白編碼基因，CEGMA完整度達(dá)97.18%。利用著絲粒特異組蛋白CENH3抗體，采用ChIP-seq與熒光原位雜交（FISH） 技術(shù)，大幅提升了著絲粒區(qū)域高度重復(fù)序列組裝的連續(xù)性。

 

　　'NAU-LB' 基因組含有249.14 Mb （52.31%） 重復(fù)序列，LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子占比30.31%。進(jìn)一步分析表明，有2970個基因中存在轉(zhuǎn)座子元件插入，分析了完整LTR-RTs在基因編碼區(qū)、啟動子及3' UTR區(qū)域的分布特征。4DTv與Ks分析表明，蘿卜與其它十字花科作物共享一次全基因組三倍化事件（WGT）。進(jìn)化分析表明，分別有1078個和4445個基因家族存在擴(kuò)張和收縮（P<0.01），顯著擴(kuò)張基因主要富集于離子運輸、跨膜轉(zhuǎn)運等生物過程。

 

　　通過比較基因組分析，鑒定出SNPs、InDels及SVs等遺傳變異。在15,497個大片段InDels中，發(fā)現(xiàn)'NAU-LB' 的RsVRN1基因啟動子536bp處存在一個647bp插入片段，熒光素酶試驗分析表明，該插入顯著降低RsVRN1In-536單倍型基因啟動子活性。通過蘿卜肉質(zhì)根酵母文庫篩選，結(jié)合Y1H、EMSA與雙熒光素酶分析，鑒定出DOF類轉(zhuǎn)錄因子RsCDF3特異結(jié)合RsVRN1In-536基因啟動子647bp插入中DOF結(jié)合元件（5'-TACTTTAT-3’），并顯著抑制RsVRN1基因轉(zhuǎn)錄水平。異源轉(zhuǎn)化擬南芥植株表明RsCDF3基因為抽薹開花負(fù)調(diào)控因子，初步揭示了其不依賴于CO/FT基因的抽薹開花轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路。進(jìn)一步遺傳分析表明，攜帶RsVRN1In-536等位基因的F2株系抽薹時間明顯晚于僅攜帶RsVRN1Del-536等位基因的株系（圖2），表明RsVRN1In-536等位基因可用于晚抽薹蘿卜種質(zhì)遺傳改良與創(chuàng)新利用。

 

　　作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國重點實驗室、園藝學(xué)院徐良副教授為論文第一作者，柳李旺教授為通訊作者。根莖蔬菜遺傳改良與綠色生產(chǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊王燕副教授與博士生董俊輝等、南通大學(xué)生科院王凱教授、澳大利亞西澳大學(xué)Chen YL教授與揚州大學(xué)園藝園林學(xué)院青年教師王淪、馬銀波博士也參與了此項研究；美國密歇根州立大學(xué)（MSU） Shinhan Shiu教授給予建議。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥、江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（蔬菜） 產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系根莖類蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊與江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程（PAPD） 等項目的資助。