大白菜和甘蓝圆白菜不是近亲，为啥还长

白菜类和甘蓝类蔬菜是我国人民餐桌上最常见的蔬菜。这两类蔬菜最大的特点就是类型极其丰富多样。白菜类常见的有大白菜、小白菜、芜菁、菜心、紫菜薹、乌菜、乌塌菜和薹菜，此外还有日本的水菜、小菘菜，欧洲的意大利菜心等。而甘蓝类常见的蔬菜则包括结球甘蓝、苤蓝、羽衣甘蓝、芥兰、花椰菜、青花菜、孢子甘蓝等等。其中大白菜是年前在中国驯化形成的蔬菜，而甘蓝则是大约同一时期被欧洲人驯化形成的蔬菜。

▲大白菜

▲甘蓝

▲乌塌菜

▲芜菁[wújīng]

▲苤[piě]蓝

早在年前，欧洲人就将白菜驯化出根膨大的芜菁，同时年前又将甘蓝驯化出茎膨大的苤蓝。

两个物种为什么能被驯化出如此多样的类型？为什么经过我们祖先独立的驯化，都能形成叶球或者膨大根（茎）这样非常相似的性状？

这个难题让很多科学家很头疼！

近期该难题有了突破性进展。中国农业科学院蔬菜花卉研究所王晓武科研团队历时5年，对白菜和甘蓝两类芸薹属作物的驯化历程进行了深入研究，获得了白菜和甘蓝类蔬菜作物全基因组的大量变异，确定了一批与白菜类和甘蓝类蔬菜叶球形成和根（茎）膨大有关的重要基因，为加快白菜类与甘蓝类蔬菜分子育种奠定了重要基础。相关研究结果于8月15日在线发表于《自然?遗传（NatureGenetics）》上。

1、在充分利用模式物种拟南芥丰富的基因信息基础上，分别确定了一大批白菜和甘蓝叶球形成与膨大根（茎）驯化选择的基因组信号与相关基因。

▲参与叶球形成的关键基因

在结球的大白菜和甘蓝中，分别发现了19个和16个参与叶球形成的关键基因位点。只有当这些基因大多数为结球基因型时才能形成叶球。叶片背面和腹面是分别由决定背性和腹性两类不同极性的基因控制的。研究还发现叶片背性和腹性两类极性控制基因参与了叶球的形成。在根膨大的芜菁和茎膨大的苤蓝中，各确定了7个与根（茎）膨大有关的基因位点。膨大根（茎）形成过程中，除生长素相关基因受选择外，细胞快速膨大和糖转运蛋白相关基因也受到高度选择。

▲丰富多样的白菜和甘蓝类蔬菜作物

2、研究还首次发现，白菜和甘蓝这两个物种分别产生结球白菜和结球甘蓝，芜菁和苤蓝这样具有相似的产品器官的现象与其共同祖先的一次全基因组三倍化事件有关。在距今约万年前，芸薹属的祖先发生了一次基因组三倍化复制事件，这次事件形成了芸薹属基因组的三套亚基因组。这一特殊的进化事件对于芸薹属物种的演化和该属作物的形成具有深远的影响。

3、通过分析选择信号与亚基因组的关系，获得两个重要发现。第一，亚基因组的存在促进了结球性状、根（茎）膨大等性状的驯化，进而形成器官形态的多样性。第二，同源基因的平行选择是导致不同物种驯化形成类似产品器官的重要原因。

从种质资源材料搜集，到实验材料的筛选与田间观察，以及后期大数据的生物信息分,研究团队倾注了大量的精力。团队成员介绍，为了获得各种材料的准确数据，团队全体成员，包括老师和学生，都会集体吃住在郊区基地，认真测量每一株白菜，不放过每一片叶子。经过认真的观察和思考，该团队创造性的建立了在亚基因组水平上分析结球形状和根（茎）膨大基因的方法。

据了解，该科研团队多年从事芸薹属物种的研究，主导完成了白菜基因组测序工作，该研究是前期工作的深入，受到了科技部和国家自然基金的项目资助。程锋是论文的第一作者，合作单位包括荷兰瓦赫宁根大学、南京农大和北京市农科院蔬菜中心。

文章来源：中国农业科学院