蘿卜基因組組裝與抽薹性狀遺傳調控機理解析方面取得新進展

近日，作物遺傳與種質**利用國內重點實驗室、園藝學院蘿卜遺傳育種團隊在植物學領域權威期刊Plant Biotechnology Journal 在線發表了題為“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‘NAU-LB’ 染色體級別高質量基因組序列圖譜，分析了蘿卜基因組進化特征與抽薹開花的轉錄調控通路，研究結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制、開展生物技術育種提供堅實數據支撐與理論基礎。

蘿卜(Raphanus sativusL.) 是原產于我國的十字花科重要根菜類蔬菜作物。高質量基因組組裝是分離鑒定基因組結構變異、解析目標性狀形成遺傳機制的重要基礎。近年來，雖有不同蘿卜基因組圖譜陸續公布，然而在基因組完整度、著絲粒區域組裝和基因功能注釋等方面仍需進一步提升。

該研究綜合利用Illumina、PacBio、BioNano與Hi-C等技術對‘NAU-LB’進行從頭組裝(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，大幅提升了著絲粒區域高度重復序列組裝的連續性。

‘NAU-LB’ 基因組含有249.14 Mb (52.31%) 重復序列，LTR逆轉錄轉座子占比30.31%。進一步分析表明，有2970個基因中存在轉座子元件插入，分析了完整LTR-RTs在基因編碼區、啟動子及3' UTR區域的分布特征。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)。進化分析表明，分別有1078個和4445個基因家族存在擴張和收縮(P<0.01)，顯著擴張基因主要富集于離子運輸、跨膜轉運等生物過程。

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，發現‘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。通過蘿卜肉質根酵母文庫篩選，結合Y1H、EMSA與雙熒光素酶分析，鑒定出DOF類轉錄因子RsCDF3特異結合RsVRN1In-536基因啟動子647bp插入中DOF結合元件(5'-TACTTTAT-3')，并顯著抑制RsVRN1基因轉錄水平。異源轉化擬南芥植株表明RsCDF3基因為抽薹開花負調控因子，初步揭示了其不依賴于CO/FT基因的抽薹開花轉錄調控通路。進一步遺傳分析表明，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遺傳改良與**利用。

作物遺傳與種質**利用國內重點實驗室、園藝學院徐良副教授為論文**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**團隊王燕副教授與博士生董俊輝等、南通大學生科院王凱教授、澳大利亞西澳大學Chen YL教授與揚州大學園藝園林學院青年教師王淪、馬銀波博士也參與了此項研究；美國密歇根州立大學(MSU) Shinhan Shiu教授給予建議。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、江蘇省種業振興揭榜掛帥、江蘇現代農業(蔬菜) 產業技術體系根莖類蔬菜**團隊與江蘇高校優勢學科建設工程(PAPD) 等項目的資助。