基因图谱揭开白菜家族前世今生中国科学报

一棵看似普通的大白菜，不仅藏着从西域到东亚的万里“漂流记”，还拥有拒绝“近亲结婚”的独门秘籍。

代表性白菜。中国农科院蔬菜所供图

6月8日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员王晓武和武剑团队在国际学术期刊《自然—遗传学》上发表研究成果，首次系统揭示了芸薹属A基因组作物的“前世今生”，为白菜、油菜、芥菜等餐桌上的常客进行更精准的遗传改良提供了“导航图”。

跨越欧亚的“家谱”：三条“古丝绸之路”

提到芸薹属，很多人可能觉得陌生，但说到它的“家族成员”——白菜、油菜、芥菜、甘蓝，大家就会恍然大悟。论文共同通讯作者王晓武介绍，可以把它们的基因组关系称为“U三角”模型，即白菜（AA）、黑芥（BB）、甘蓝（CC）是三个“老祖宗”，而油菜（AACC）、芥菜（AABB）和埃塞俄比亚芥（BBCC）三个四倍体物种则是它们杂交“联姻”的后代。

其中，携带A基因组的作物最为特殊。论文第一作者、蔬菜所副研究员蔡旭解释说，它们既是重要的蔬菜，也是重要的油料作物。已有证据表明，白菜类作物是自新石器时代起就被人类种植的古老作物。携带A基因组的四倍体作物中，油菜和芥菜分别被认为起源于约7500年前的地中海地区和约8000~14000年前的西亚地区。

形态各异的白菜类蔬菜。中国农科院蔬菜所供图

这些作物在人类农业发展历史中具有重要的地位。然而，“由于A基因组作物在人类历史早期便已广泛传播，且其可靠的野生祖先资源尚未明确，导致白菜起源与驯化历史至今仍不清晰，限制了四倍体作物油菜和芥菜物种起源与演化的研究。”论文共同通讯作者武剑说。

为了解开这个谜团，研究团队构建了一个庞大的基因档案库。他们对1601份白菜和86份芥菜进行了基因组重测序，并结合已发表的数据，构建了由3330份材料组成的A基因组变异图谱。

这就像给芸薹属家族绘制了一张超级详细的家谱。通过分析一段古老的基因组倒位事件，研究人员清晰地复原了A基因组的演化与扩散路线。

结果令人惊叹：它们并非向一个方向出发。王晓武告诉《中国科学报》，他们的研究表明，携带A基因组的作物在欧亚大陆上有至少三条主要的扩散路线。这些路线与史前人类的活动轨迹高度重合，仿佛是一条条充满生机的“古丝绸之路”。

比如，一路向东，与黑芥杂交形成了芥菜，并最终在中国被驯化出包心的大白菜；一路向西，与甘蓝杂交形成了油菜，并演化出耐寒的欧洲芜菁和意大利菜心等；一路向南，在印度次大陆诞生了独特的“黄沙逊油菜”。这三条路线不仅理清了白菜的起源与驯化历史，也为油菜和芥菜这两大重要经济作物的物种形成提供了全新线索。

基因组“保险箱”：植物拒绝“近亲结婚”的智慧

在自然界，很多植物为了保持后代活力，进化出了一套拒绝近亲结婚的机制，这就是自交不亲和性。白菜是典型的自交不亲和作物，这套“防近亲”系统是怎么运作的呢？

蔡旭介绍，他们发现，白菜调控自交不亲和基因（SI）极其巧妙。不同的白菜品种，其SI基因拥有极高的单倍型多样性，其内部充满了独特的转座子组成，形成了各不相同的序列结构，就好像精准的条形码一样。

蜜蜂给自交不亲和的白菜授粉。中国农科院蔬菜所供图

“这种结构保证了不同SI之间不会发生重组。”王晓武解释说，它们把自己封锁起来，形成了一个个基因组“保险箱”。这种结构确保了“近亲不婚”的指令能够稳定、安全地代代相传，这对确保物种的繁衍活力至关重要。

“这项研究不仅探索了基础科学问题，更有重大的应用价值。”王晓武表示，团队产出的Pan-Blocks资源和全面的A基因组变异数据，就像一张高精度的“基因地图”。

有了这张地图，育种家们可以快速锁定控制白菜产量、品质、抗病性以及开花时间的关键基因。比如，想知道哪种大白菜最耐寒？哪种油菜含油量更高？以前可能需要花费数年在田间地头“大海捞针”，现在则可以借助这张地图精准定位。

这意味着，未来能更快地培育出更高产、更营养、更能适应气候变化的新品种，让普通百姓的“菜篮子”和“油瓶子”更加丰富和稳定。