萝卜基因组组装与抽薹性状遗传调控机理解析方面取得新进展

来源：南京农大 2023-02-09 15:29

萝卜(Raphanus sativusL.) 是原产于我国的十字花科重要根菜类蔬菜作物。高质量基因组组装是分离鉴定基因组结构变异、解析目标性状形成遗传机制的重要基础。

近日，作物遗传与种质创新利用全国重点实验室、园艺学院萝卜遗传育种团队在植物学领域权威期刊Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为 A chromosome-level genome assembly of radish (Raphanus sativusL.) reveals insights into genome adaptation and differential bolting regulation 的研究论文。该论文报道了萝卜晚抽薹种质 NAU-LB 染色体级别高质量基因组序列图谱，分析了萝卜基因组进化特征与抽薹开花的转录调控通路，研究结果丰富了萝卜基因组序列资源，为研究萝卜基因组遗传变异特征构建了重要序列资源平台，将为解析萝卜重要园艺性状形成机制、开展生物技术育种提供坚实数据支撑与理论基础。

萝卜(Raphanus sativusL.) 是原产于我国的十字花科重要根菜类蔬菜作物。高质量基因组组装是分离鉴定基因组结构变异、解析目标性状形成遗传机制的重要基础。近年来，虽有不同萝卜基因组图谱陆续公布，然而在基因组完整度、着丝粒区域组装和基因功能注释等方面仍需进一步提升。

该研究综合利用Illumina、PacBio、BioNano与Hi-C等技术对 NAU-LB 进行从头组装(图1)，基因组序列总长度为476.32Mb，contig N50为1.76 Mb，scaffold N50达56.88 Mb；其中448.12Mb锚定到萝卜9条染色体上，挂载率为94.08%，共注释到40,306个蛋白编码基因，CEGMA完整度达97.18%。利用着丝粒特异组蛋白CENH3抗体，采用ChIP-seq与荧光原位杂交(FISH) 技术，大幅提升了着丝粒区域高度重复序列组装的连续性。

NAU-LB 基因组含有249.14 Mb (52.31%) 重复序列，LTR逆转录转座子占比30.31%。进一步分析表明，有2970个基因中存在转座子元件插入，分析了完整LTR-RTs在基因编码区、启动子及3 UTR区域的分布特征。4DTv与Ks分析表明，萝卜与其它十字花科作物共享一次全基因组三倍化事件(WGT)。进化分析表明，分别有1078个和4445个基因家族存在扩张和收缩(P 0.01)，显著扩张基因主要富集于离子运输、跨膜转运等生物过程。

通过比较基因组分析，鉴定出SNPs、InDels及SVs等遗传变异。在15,497个大片段InDels中，发现 NAU-LB 的RsVRN1基因启动子536bp处存在一个647bp插入片段，荧光素酶试验分析表明，该插入显著降低RsVRN1In-536单倍型基因启动子活性。通过萝卜肉质根酵母文库筛选，结合Y1H、EMSA与双荧光素酶分析，鉴定出DOF类转录因子RsCDF3特异结合RsVRN1In-536基因启动子647bp插入中DOF结合元件(5 -TACTTTAT-3 )，并显著抑制RsVRN1基因转录水平。异源转化拟南芥植株表明RsCDF3基因为抽薹开花负调控因子，初步揭示了其不依赖于CO/FT基因的抽薹开花转录调控通路。进一步遗传分析表明，携带RsVRN1In-536等位基因的F2株系抽薹时间明显晚于仅携带RsVRN1Del-536等位基因的株系(图2)，表明RsVRN1In-536等位基因可用于晚抽薹萝卜种质遗传改良与创新利用。

作物遗传与种质创新利用全国重点实验室、园艺学院徐良副教授为论文第一作者，柳李旺教授为通讯作者。根茎蔬菜遗传改良与绿色生产创新团队王燕副教授与博士生董俊辉等、南通大学生科院王凯教授、澳大利亚西澳大学Chen YL教授与扬州大学园艺园林学院青年教师王沦、马银波博士也参与了此项研究；美国密歇根州立大学(MSU) Shinhan Shiu教授给予建议。该研究得到国家、国家重点研发计划、江苏省种业振兴揭榜挂帅、江苏现代农业(蔬菜) 产业技术体系根茎类蔬菜创新团队与江苏高校优势学科建设工程(PAPD) 等项目的资助。

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