蔬菜花卉所揭示大白菜叶片表皮毛刺发育的调控机制

发布时间：2026-09-10 来源：叶菜类蔬菜遗传育种创新团队

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所白菜课题组在国际园艺学知名期刊《Horticulture Research》（IF = 9.5，Q1）在线发表了题为“Genetic complementation reveals distinct glabrous classes and a BrBPC2-BrGL1/BrGL3/BrTTG1 regulatory module controlling trichome development in Chinese cabbage”的研究论文。该研究从千余份育种组合实践中发现“无毛×无毛的后代恢复毛刺表型”现象，系统解析了大白菜无毛性状的遗传异质性，鉴定了决定不同无毛性状类型的关键基因，并构建了涵盖上游转录调控、蛋白互作和下游基因响应的大白菜表皮毛刺发育调控网络。

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研究团队选用9份无毛大白菜自交系进行了正反交组合，共获得72个F₁杂交组合，其中28个组合表现为有毛，44个表现为无毛。遗传互补分析表明，这些表型相似的无毛材料可划分为两个不同的遗传互补组，说明其无毛性状可能由不同基因缺陷所致。研究团队进一步构建了HW（有毛）×HY（无毛）和Jin75（无毛）×ShiF（无毛）两个分离群体。通过精细定位与序列比较发现，HY和Jin75的无毛性状均与BrGL1缺陷等位变异有关，而ShiF的无毛性状则由BrTTG1缺陷等位变异导致。由于Jin75和ShiF分别携带不同基因的缺陷等位变异，同时保留了另一基因的正常等位基因，二者杂交后能够在F₁中实现遗传互补，从而恢复表皮毛形成。进一步通过BrGL1过表达以及BrGL1和BrTTG1基因编辑实验，验证了这两个基因在大白菜表皮毛形成中的关键作用。

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图1 大白菜无毛材料的遗传互补及分离群体表型

蛋白互作分析表明，BrGL1与BrTTG1之间不能形成稳定的直接互作，而BrGL3能够分别与BrGL1和BrTTG1互作，并作为核心连接因子参与表皮毛发育调控复合体的组装。研究还鉴定出BrGL1的上游调控因子BrBPC2，证实BrBPC2能够结合BrGL1启动子并增强其转录活性。结合DAP-seq、基因表达分析和双荧光素酶试验，研究进一步确定BrETC1、BrETC3和BrGL2为响应BrGL1–BrGL3调控组合的候选下游基因，从而初步构建了BrBPC2–BrGL1/BrGL3/BrTTG1介导大白菜表皮毛发育的调控模型。

本研究揭示了表型相同的无毛大白菜材料可能由不同基因缺陷造成，阐明了不同类型无毛亲本间发生遗传互补及其杂交后代表皮毛恢复的分子基础，拓展了对大白菜表皮毛发育调控机制的认识，并为表皮毛性状相关等位基因的鉴定、杂交亲本选配及分子设计育种提供了理论依据和基因资源。

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图2 BrGL1和BrTTG1基因的功能验证

中国农业科学院蔬菜花卉研究所为论文第一完成单位。蔬菜花卉所李国亮副研究员和张淑江研究员、山东农科院蔬菜所赵智中研究员为共同通讯作者。蔬菜花卉所博士研究生王绍兴、山东农科院蔬菜所王树彬副研究员和蔬菜花卉所戴昀博士后为共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划（2022YFF1003000）、国家自然科学基金（32502705）、北京市乡村振兴农业科技项目（NY2401140224）、国家大宗蔬菜产业技术体系（CARS-23-A-14）和中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-IVFCAAS）等项目资助。