白菜T2T基因组揭示着丝粒快速进化特征

      白菜类蔬菜（Brassica rapa）是世界上栽培历史最悠久的蔬菜作物之一，是我国栽培面积最大的叶用蔬菜。作为芸薹属作物中第一个完成基因组测序的物种（Wang et al., 2011），白菜参考基因组（Chiifu v1.5、v2.5和v3.0）为白菜类作物的基因组研究和遗传改良奠定重要基础，同时也为其他芸薹属作物的基因组组装工作提供重要参考。但是白菜参考基因组（Chiifu v3.0）仍然存在几百个未组装的缺口，其10条染色体的着丝粒结构组装均不完整。

      近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所分子育种创新团队在植物科学领域国际权威期刊《植物生物技术》（Plant Biotechnology Journal，IF=13.3）在线发表了一篇题为“A near-complete genome assembly of Brassica rapa provides new insights into the evolution of centromeres”的研究论文。该研究获得白菜接近完整组装的基因组，揭示白菜着丝粒的快速进化特征。

      该团队利用ONT和Hi-C等测序结合的组装策略，获得了白菜T2T基因组Chiifu v4.0。该基因组包含424.59 Mb序列、12条contigs，其Contig N50值为38.26 Mb，是目前已发表的芸薹属基因组中最高的。Chiifu v4.0填补了Chiifu v3.0中绝大多数gap，完成了8条染色体从端粒到端粒的完整组装，仅有2条染色体仍存在一个缺口的组装（图1）；该基因组是目前最为完整的白菜类作物基因组组装。

图1 白菜参考基因组Chiifu v4.0与其他白菜基因组的染色体共线性比较。

      基于白菜Chiifu v4.0基因组，研究发现白菜着丝粒区域主要富集ALE和CRM类型的LTRs；通过比较不同白菜亚种间的着丝粒序列，发现白菜亚种间着丝粒序列相似性较低，说明白菜亚种间着丝粒分化显著；进一步研究发现，着丝粒区域主要富集Copia类型的LTRs, 而泛着丝粒区域主要富集Gypsy类型的LTRs, 而且发现着丝粒区域的LTRs插入时间要显著晚于泛着丝粒区域（图3）。这些结果暗示，白菜的着丝粒区域经历着快速进化，而LTRs的插入可能是导致着丝粒快速进化的因素之一。

图2 白菜参考基因组Chiifu v4.0的着丝粒特征分析。

图3 白菜参考基因组Chiifu v4.0的着丝粒中的LTRs插入时间分析。

      该研究获得的白菜接近完整的T2T基因组，促进了我们对着丝粒等高度重复结构的认识。Chiifu v4.0基因组为白菜功能基因组研究和下一步分子设计育种研究奠定了基础，也将推动其他芸薹属作物遗传育种研究的快速发展。

      中国农业科学院蔬菜花卉研究所博士后张磊和梁建丽副研究员为论文共同第一作者，王晓武研究员和武剑研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、基本科研业务费、创新工程项目和中国博士后科学基金的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14015