2024年11月16日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室油菜遗传改良团队邹珺课题组在Plant Communications发表了题为“Creation of rapeseed germplasm with high polyunsaturated fatty acid content by relative introgression of Brassica carinata”的研究成果。该研究利用QTL-mapping、基因组do novo组装和转录组测序等手段，鉴定到一个来源于非洲油菜埃塞俄比亚芥（简称埃芥）B1染色体约6 Mb的部分同源交换，导致具有高表达竞争力的外源基因BcaFAD2.B1替换了甘蓝型油菜的BnaFAD2.C5，进而增加油菜的多不饱和脂肪酸含量。该研究解析了外源基因渗入提高油菜籽油的多不饱和脂肪酸含量，并为利用基因组学技术加速野生近缘种基因渗入的作物改良提供了参考。
https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.10119
甘蓝型油菜（Brassica napus L.），是全球第三大油料作物，约占全球主要油脂生产的12%。多不饱和脂肪酸（PUFAs），包括ω-3脂肪酸和ω-6脂肪酸，是人体必需的主要脂肪酸。大多数作物种子提取的植物油，包括油菜、大豆、玉米和葵花籽油，都是ω-6脂肪酸（以亚油酸的形式存在）的主要来源。野生近缘种往往具有现有栽培物种中缺乏的丰富遗传变异，通过远缘杂交导入外源基因已被广泛用于现代作物育种。外源渐渗在引入新遗传变异的同时，也极大地增加了作物基因组的复杂性。如何从包含丰富外源渗入的复杂基因组中快速挖掘有利的遗传变异是一个挑战。该研究团队在一个导入了近缘物种丰富遗传变异的新型甘蓝型油菜种质资源库中，筛选到一份高不饱和脂肪酸（亚麻酸和亚油酸总含量较常规油菜高约15%）的品系HLL45，通过与一个相对低含量的新型甘蓝型油菜株系杂交构建了一个含有280个DH系的作图群体，利用包含外源渗入和结构变异相关标记的遗传图谱定位到一个与多个脂肪酸成分密切相关的主效QTL，该区间定位在C5染色体一段包含埃芥B1片段的渐渗区域（图1A和B），仅用常规标记构建的遗传作图和QTL定位不能检测到该渐渗区间。随后，对HLL45及其代表性亲本进行Illumina、ONT和Hi-C测序，获得四个高质量的参考基因组（表1），基因组的序列分析表明HLL45基因组具有丰富的结构变异，外源渗入基因比例超过10%，在C5染色体该QTL区间鉴定出一个来自埃芥B1的约6 Mb外源渗入片段，导致甘蓝型油菜的BnaFAD2.C5被BcaFAD2.B1 替换，且BcaFAD2.B1为主效QTL区间的核心基因（图1C-F），进一步使用HG DH群体表型数据和分子标记证实了C5上发生的该SV及外源基因BcaFAD2.B1与脂肪酸的关系（图1G和H）。最后，基于转录组和RT-PCR等研究了FAD2的表达模式，发现BcaFAD2.B1在高不饱和脂肪酸品系特异性高表达，开花后36天达到峰值， HLL45中PUFA含量增加可解释为高表达的外源基因BcaFAD2.B1替换了甘蓝型油菜原有的BnaFAD2.C5（图1I和J）。图1 C5染色体上的埃塞俄比亚芥外源渗入增加油菜多不饱和脂肪酸含量
综上所述，该研究通过利用近缘物种渐渗导致的B/C亚基因组间部分同源交换，实现了非洲油菜B基因组中一个通常不存在于甘蓝型油菜中的FAD2同源基因在油菜基因组中的替换，可获得高多不饱和脂肪酸含量油菜，为油菜多功能育种提供特色新种质。该团队多年来致力于挖掘和利用芸薹属不同油用物种间的亚基因组变异，并通过大规模种间渗透向甘蓝型油菜中导入埃芥、白菜及芥菜型油菜等近缘物种的泛基因组变异，筛选出一批多样性丰富的特色油菜新资源。该基因组学辅助的种质筛选和挖掘工作，为后续新型甘蓝型油菜种质资源库中优异遗传变异的进一步挖掘和解析等研究提供支撑。华中农业大学博士研究生牛妍为该论文的第一作者，邹珺教授和英国约克大学Ian Bancroft教授为该论文的共同通讯作者，约克大学何哲思博士参与了数据分析，华中农业大学王晶副教授、张椿雨教授和杨光圣教授等给与了数据分析建议及技术支撑。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。长按或扫描二维码
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