Hortic Res | 华南农业大学陈长明教授团队联合广州市农业科学研究院揭示了菜心遗传改良的基因组基础

科技   三农   2025-01-06 10:07   江苏  

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菜心(B. rapa ssp. chinensis var. parachinensis属于十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种的一个变种,原产于中国南方地区,具有显著的经济和营养价值。近年来,菜心的适应性、产量和品质显著提升,种植面积不断扩大。然而,随着消费者需求增加和种植规模扩张,传统育种方法育种周期长,难以满足市场需求。分子育种技术为菜心的性状改良和新品种培育提供了新希望,可以显著加快育种进程。然而,菜心育种的遗传基础和选择规律尚未得到系统解析。


2024年10月,Horticulture Research上线了(Advance Access)华南农业大学园艺学院陈长明团队与广州市农业科学研究院合作完成的题为Genomic selection and genetic architecture of agronomic traits during modern flowering Chinese cabbage breeding 的研究论文,揭示了菜心种质资源的群体结构及其育种改良的遗传基础。


图1 现代菜心育种过程中的全基因组选择

该研究基于403份菜心种质的全基因组重测序以及多年的表型数据,全面评估了菜心群体的遗传特征。研究表明,菜心群体可分为三个亚群,分别对应于不同育种时期:早期的农家品种、现代商品种以及改良自交系。通过对不同亚群之间选择信号的分析,研究发现菜心育种改良经历了两个主要阶段:环境适应性选择和高产优质选择(图1)。富集分析显示,环境适应性选择主要集中在氧化应激、氮素营养、光周期与春化反应等相关基因上。同时,在高产优质选择方面,研究观察到多个与植物器官发育和形态建成相关的基因(如RBR1, CUC2, DCAF1, RCH2, EMF2受到选择,从而显著提升了菜心的产量。逐步选择的等位基因也证实了这些基因在提高菜心适应性和产量方面的重要作用。

图2 菜心群体遗传变异及重要性状关联位点基因组分布


此外,研究通过全基因组关联分析(GWAS)识别了与11个农艺性状相关的遗传位点,并鉴定到多个同时影响株型和产量性状的多效性位点(图2),挖掘出了一批与株型和产量调控相关的候选基因,如BraPDCB1、BraMKK3、BraSRF3BraDEM1等。研究还进一步构建了潜在的表型调控网络,结果表明株型和产量的网络节点联系更为频繁,揭示了这些基因在性状调控中的关键作用。综上所述,该研究系统性地解析了菜心育种改良及其重要农艺性状的遗传基础,为基因组辅助育种提供了重要的理论依据和丰富的基因资源。


华南农业大学园艺学院硕士研究生赵亚辉、广州市农业科学研究院高级农艺师李光光为论文的共同第一作者,华南农业大学陈长明教授、廖毅教授与广州市农业科学研究院郑岩松研究员为该文的共同通讯作者。该研究获得了广东省重点研发计划项目(2022B0202080001)、广州市科技计划项目(202201010854、202206010173、2023B03J1270)、广东省种业振兴项目(2022-NJS-03- 001)及广州市农业支持基金项目(Sui Cai Bian [2023] No. 1)的资助。


作者团队介绍

华南农业大学园艺学院陈长明教授团队长期致力于菜心和芥蓝、辣椒等重要蔬菜作物的基因组学研究,特别是与重要经济性状相关基因的挖掘工作。该团队在蔬菜次生代谢物(如辣椒素和芥蓝硫苷)的合成、转运与积累,以及蔬菜基因组和重要农艺性状形成的分子机制等领域取得了显著进展。近年来,陈长明教授团队在Nature Communications、Plant Physiology、New Phytologist 等国内外知名期刊上发表论文20余篇,主持和参与了多项国家、省、市级科研项目,申请国家发明专利8项,已授权6项,选育了芥蓝和辣椒等蔬菜新品种5个,获省部级科技奖项2项。


文章链接:
https://doi.org/10.1093/hr/uhae299‍
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https://doi.org/10.1093/hr/uhae341

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About Horticulture Research

《园艺研究(英文)》Horticulture Research)是由南京农业大学主办的学术期刊,主要刊载园艺作物的基础和理论研究,包括遗传学、育种、组学和演化、园艺作物的起源及驯化、生物技术、生物化学、生理学和细胞与分子生物学,环境互作生物学等。科睿唯安JCR2023影响因子:7.6,位于园艺一区(第2/38名),植物科学一区(第13/265名),遗传学一区(第14/191名)。2023年中科院期刊分区:位于园艺小类一区,植物科学小类一区,遗传学小类一区,农林科学大类一区(Top期刊)。入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文领军期刊。

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特邀作者:赵亚辉
编辑排版:王平、许怡瑶(实习)
审核:尹欢、孔敏

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《园艺研究》(Horticulture Research)是南京农业大学主办的英文学术期刊,采用开放获取形式,专注刊载和园艺作物有关,能引起广泛的国际和学科兴趣的基础和理论研究。
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