轉錄組和細胞器測序聯合分析異源四倍體的油菜花

甘藍型油菜幾倍體

原創： 荷風生物

甘藍型油菜是一種同源四倍體作物，被認為是來自未知品種的蕪菁和甘藍的雜種，甘藍型油菜具有非常重要的經濟價值，但其系統發育關係，遺傳結構和多樣化等方面仍存在許多問題未解決。本文對183份甘藍型油菜（包括油菜、蕪菁甘藍和西伯利亞羽衣甘藍）、112份蕪菁和62份甘藍及其野生近緣種進行了綜合研究（

IF：11.878

）。

主要研究結果如下：

1。 RNA-seq和SNP鑑定

選用183份甘藍型油菜種質，112份蕪菁，42份甘藍，20份甘藍野生近緣種和五種作為外群的其他十字花科物種。經過資料篩選，

共使用47553個同義和非編碼SNP用於測試甘藍型油菜的遺傳結構和系統發育關係。

2。 遺傳結構和系統發育關係

基於Darmor- bzh基因組（36829個SNP）和油菜泛轉錄組（47553個SNP）的SNP時，都鑑定出相同的五個遺傳簇。五個密切相關物種作為外群，構建的甘藍型油菜亞種間親緣關係最大機率的系統發育模型（圖 1a），發現與先前的六個遺傳簇的遺傳結構高度一致。此外，遺傳結構和系統發育關係也與主成分分析（PCA）的結果一致（圖 1b）。總體而言，

形態型別和生長習性對於甘藍型油菜的遺傳結構和主成分分析的影響大於地理來源。

圖1 183個甘藍型油菜種質的群體遺傳學分析

3。 甘藍型油菜與其祖先的關係

甘藍型油菜和112份蕪菁的系統發育表明，甘藍型油菜中的六個遺傳簇是單系甘藍型油菜的姊妹，而新人工合成的甘藍型油菜（New Hakuran）則與蕪菁聚類（圖2a）。甘藍型油菜和62份甘藍以及近緣野生物種的系統發育表明，野生C物種和甘藍被明確地分成兩個分支，而後被作為甘藍型油菜分支再次聚為一簇（圖2b）。

葉綠體系統發育分析表明，兩種野生C物種是所有其他物種的姐妹，甘藍型油選單獨成為一枝（圖2c）。線粒體系統發育顯示野生C物種、甘藍、甘藍型油菜和蕪菁是單個進化枝（圖2d）。

作者推測也許研究樣品中沒有與甘藍型油菜遠古祖先最相似的種群，或者這些種群可能已經滅絕，又或者經過幾千年的進化，甘藍型油菜的核基因組已經從其祖先的核基因組中分化出來。

圖2 甘藍型油菜及其祖先的系統發育分析

4。 核苷酸和基因表達的多樣化變化

作者發現

蕪菁（R）與WEAm的群體數量差異最大

（圖3a）。WeA具有最多的核苷酸多樣性（圖 3a）。SK具有最大的連鎖不平衡（LD）值（圖 3b）。

WEAm與其他5個遺傳簇在葉片組織的基因表達分析如圖3C

，且基於使用油菜泛轉錄組時鑑定出與上述相同的模式，表明雖然轉錄組的差異對系統發育具有深遠的影響，但它並不適用於群體水平上的分析。A亞基因組的遺傳多樣性高於C亞基因組（圖3d）。A亞組獲得的差異表達基因比C亞組多（圖3e），表明

在每個遺傳聚類中獲得的獨特差異表達基因可能在它們的生長習性或形態型別的差異中發揮重要作用。

圖3 不同甘藍型油菜遺傳聚類比較

5。 選擇性掃描區域的識別

在WEsA，S，WeA，R和SK物種中，識別到一些與塊莖形成、生長素、葉形狀、開花和春化作用相關基因

（圖 4）。雖然這些基因中的大多數與屬於蕪菁和甘藍物種的基因同源，但其中有超過一半的基因不能用擬南芥基因組註釋。這表明

許多與作物多樣化相關的重要基因是蕓薹屬特有的

。此外，亞基因組進化具有不對稱性，而不同的染色體可能對不同的生長習性或形態型別有不同的作用。

圖4 不同遺傳簇間的選擇性掃描區域（左圖是A亞基因組，右圖是C亞基因組）

6。 不同作物的比較基因組分析

作者進一步比較發現

三個最多樣化的遺傳簇（S、R、SK）中的差異表達基因通常與三種植物激素（脫落酸，細胞分裂素和茉莉酸）、溫度（對寒冷的反應）和葉綠體相關基因有關

（圖5）。

此外，在不同的遺傳簇中，有一些簇顯著富集了特異性的類別或反應。由於不同的多樣化過程，一些特定基因的表達也發生了變化，包括調節S物種發育的基因和對SK物種中不同光響應的基因。

圖5 甘藍型油菜不同的多樣化程序

總之，本文介紹了甘藍型油菜的複雜起源和進化，為進一步促進甘藍型油菜育種和種質儲存提供了新的見解。

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