甘蓝型油菜C基因组单条染色体的分离与遗传解析

Brassica napus is one of world wide important oil crops which evolved from the hybridization between B. rapa and B. oelracea about ten thousand years ago. Here, with the first reconversion of original B. rapa from B. napus "Oro" by wide hybridization，we expect to set up a set of B. rapa-B. oleracea addition lines by cross and backcross between "Oro" and the recovered B. rapa. The specific addition lines (A and C genomes both from the same B. napus) will provide the unique material for genetic studies of C genome of B. napus. Signle C genome chromsome will be micro-dissected and whole genome amplification and sequencing will be then performed to investigate the composition and structure changes during the formation and evolution of B. napus.At the same time, transcriptome and DNA methylation of addition lines will be investigated to reveal whether there is "genome dominance" between A and C genome. The studies will also indicate that how C genome genes contribute to important morphology, agronomic and oil quality traits of B. napus.

甘蓝型油菜（AACC, 2n=38）为白菜型油菜与甘蓝经杂交和加倍形成的异源四倍体物种，其进化历史约为1-10万年。我们利用远缘杂交技术，首次从甘蓝型油菜"Oro"中分离出原始白菜类型。本项目在此基础上将新分离的白菜与甘蓝型油菜杂交和连续回交，以A基因组为背景构建全套的白菜-甘蓝单体异附加系。利用这一独特材料（背景基因组和附加基因组均来自甘蓝型油菜），通过显微切割仪将每条C染色体分离开来并完成建库和重测序工作，分析甘蓝型油菜C基因组各染色体组成与结构；通过转录组和简化甲基化测序分析C基因组基因在附加系中的表达情况、与A基因组基因表达显隐的关系及原因。研究将进一步探讨A与C基因组在共进化过程中的互作机制以及C基因组基因对甘蓝型油菜重要农艺、品质性状形成的贡献。

甘蓝型油菜（Brassica napus, AACC，2n=38）是世界上最为重要的油料作物之一，它是由天然白菜（B. rapa，AA，2n=20）和甘蓝（B. oleracea, CC, 2n=18）杂交而来，形成与进化的时间在7500年左右。我们在之前的研究中通过甘蓝型油菜“Oro”与近缘野生种板蓝根（Isatis indigotica, II，2n=14）间的远缘杂交获得具有染色体组成为AAC的杂种植株，再利用该植株为母本与板蓝根多次杂交后可以逐步诱导C基因组染色体的丢失进而获得染色体组为AA的白菜型油菜个体（命名为Oro A）。Oro A可以视为形成甘蓝型油菜的原始白菜类型，为研究甘蓝型油菜形成与进化过程中的遗传与表观遗传变化、分割单条C基因组染色体、进行A与C基因组间互作等的极好材料。本研究中，我们基于该分离白菜，结合C基因组染色体特异的分子标记与染色体标记，成功构建了全套的白菜-甘蓝单体异附加系（背景基因组和附加基因组均来自于甘蓝型油菜Oro）；成功进行了单条C基因组染色体的显微切割；利用全套附加系与Oro A的叶片转录组分析评估了单条C基因组附加后对A基因组基因表达的影响及与表型的关系；将甘蓝型油菜参考基因组中50%以上的未定位Scaffold定位到特定的C基因组染色体上；我们还利用Oro A，Oro以及天然白菜和甘蓝的转录组、重测序、甲基化测序以及small RNA 测序数据对甘蓝型油菜A与C基因组间的互作进行了进一步的深入分析。我们取得了如下创新性结果：（1）在单体附加系中 C基因组染色体与A基因组染色体的同源性越高，A基因组基因表达受到的影响就越大；（2）甘蓝型油菜基因组中来自于C基因组的siRNA可以作用于A基因组相关基因，从而改变其表达状态。研究期间，我们与中国农业科学院油料作物研究所刘胜毅研究员开展了高通量测序数据的分析工作。本研究目前为止已经在《Genetics》发表研究论文1篇，另有3篇文章正在审稿或者投稿中。