出國旅行，許多人都會帶上榨菜或梅干菜，它們是“家鄉(xiāng)味”的代表。英國倫敦時間2016年9月5日，Nature Genetics（《自然遺傳》）雜志在線發(fā)表了浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院園藝系張明方教授團隊的最新研究成果，課題組通過高通量測序技術(shù)，繪制了世界上第一張榨菜全基因圖譜，并從基因組選擇與進(jìn)化層面解答了 “家鄉(xiāng)味”的成因，這一進(jìn)展將對芥菜類蔬菜作物的改良產(chǎn)生重要意義。
榨菜的家族譜系
菜用芥菜是我國重要的加工蔬菜，榨菜和雪里蕻、大頭菜等都屬于不同的變種，它們在浙江、四川、重慶等南方許多省市廣泛栽培。1935年科學(xué)家提出著名的“禹氏三角”解答了十字花科蕓薹屬不同物種之間的“通婚 ”關(guān)系：芥菜（Brassica juncea，2n=36，AABB）是由祖先白菜（Brassica rapa，2n=20，AA）和黑芥（Brassica nigra，2n=16，BB）自然雜交后再經(jīng)加倍形成的異源多倍體。此外，甘藍(lán)型油菜的祖先是白菜和甘藍(lán)；埃塞俄比亞芥的祖先是甘藍(lán)和黑芥。
通過基于Illumina、PacBio和BioNano平臺的高通量測序技術(shù)，結(jié)合構(gòu)建的高密度遺傳圖譜，張明方課題組首次完成了蕓薹屬中異源多倍體榨菜（AABB基因組）的高質(zhì)量基因組圖譜，并進(jìn)一步豐富和深化了對榨菜的“家譜”的認(rèn)識。
研究發(fā)現(xiàn)，芥菜物種形成于3.9-5.5萬年前，為單一地理起源，其A亞基因組與白菜型油菜（B. rapa ssp. tricolaris）親緣關(guān)系更近，然后演化成蔬菜用和油用芥菜兩個主要類群。
據(jù)了解，菜用芥菜主要分布在中國以及東亞國家和地區(qū)，油用芥菜主要分布在印度等南亞國家和地區(qū)。
寫在基因里的“家鄉(xiāng)味”
眾所周知，基因是決定植物產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病等重要性狀的關(guān)鍵因素。那么榨菜、梅干菜的“家鄉(xiāng)味”，是受什么基因影響呢？通過全基因組分析，課題組找到了兩組同源基因序列，“其中一組與硫代葡糖糖苷代謝有關(guān)，它們發(fā)生了差異化進(jìn)化，這就是為什么我們有的榨菜聞起來香，有的香味不明顯。另外一組則與油脂代謝有關(guān)，決定著油用芥菜的產(chǎn)油量和油脂的組分。”
論文第一作者楊景華副教授介紹，多倍化是植物進(jìn)化中的普遍現(xiàn)象。半個世紀(jì)以來，眾多學(xué)者以小麥、棉花、油菜等為模式作物，對復(fù)雜基因組組裝和同源基因表達(dá)進(jìn)行了廣泛研究，但尚未揭示多倍體物種中同源基因表達(dá)與選擇的機制。這種機制，終于通過我國的“鄉(xiāng)土”作物榨菜得到了揭示：異源多倍體芥菜亞基因組間呈非對稱進(jìn)化，亞基因組間同源基因中具有顯著表達(dá)差異的基因表現(xiàn)出更快的進(jìn)化速率，這些基因在菜用和油用芥菜分化中受到選擇。
分子育種的未來
Nature Genetics外審專家認(rèn)為， “這些亞基因組間具有表達(dá)差異的同源基因?qū)Χ啾扼w演化起著重要作用，可用于作物改良的目標(biāo)基因的選擇（suggesting that these genes may be contributing to novel features of polyploids and may also be preferential targets for crop improvement）。 ”
張明方認(rèn)為，榨菜全基因組信息的解析不但可以推動芥菜類蔬菜作物分子育種的進(jìn)程，同時，還能以從理論上預(yù)測重要農(nóng)業(yè)性狀的選擇，推動對基因組育種的認(rèn)識和應(yīng)用。“我們將進(jìn)一步尋找植物性狀與基因序列之間對應(yīng)的關(guān)系，將來，我們就可以在實驗室里精準(zhǔn)地進(jìn)行分子設(shè)計育種，加速新品種選育的進(jìn)程。”
“例如，田間的榨菜有的抗病能力強，有的則很容易遭到病害，我們會試圖找到?jīng)Q定抗病能力的基因，通過分子育種的方式對作物進(jìn)行改良。”楊景華說，“課題組還試圖通過找到控制榨菜膨大部位的基因，來‘設(shè)計’膨大部位所在的高度，以便于機械化采收。”
據(jù)介紹，該研究與北京百邁客生物科技有限公司、中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所、美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)、澳大利亞西澳大學(xué)、印度德里大學(xué)等國內(nèi)外科研單位廣泛合作。該項研究成果得到了浙江省科技計劃公益技術(shù)研究農(nóng)業(yè)項目、農(nóng)業(yè)部財政專項和國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
（文 周煒 / 攝影 盧紹慶 ）
