叶用芥菜雪里蕻全基因组测序及叶缘裂刻基因BjRCO的功能研究.pdf

摘要

芥菜（Brassicajuncea）作为十字花科芸薹属中重要的蔬菜、调味品和油料作

物，在世界范围内被广泛种植。叶用芥菜雪里蕻（XC）作为一种鲜食和腌制蔬菜

而深受消费者青睐。XC的叶片因具有裂刻特征，展现出多回羽状全裂的形态。裂

叶是叶用芥菜的一种变态叶，具有抗高温、抗水分胁迫、增加田间通风透气等作

用。裂叶的叶片净光合速率高于非裂叶。然而，裂叶形成的分子机制仍不清楚。

在本研究中，首先利用Illumina测序、HighFidelityreads（HiFi测序）和高通

量染色体构象捕获技术（High-throughput/resolutionchromosomeconformation

capture，Hi-C）对XC进行了基因组组装。其次，通过基因表达量分析、基因编辑

载体构建、农杆菌介导的遗传转化等方法对BjRCO基因的功能进行研究。最后，

通过对多回羽状全裂叶芥菜XC与非裂叶芥菜102B不同发育阶段的叶片转录组数

据分析，筛选参与芥菜裂叶形成和抗性响应相关的基因。

取得的主要试验结果如下：

1.XC基因组的组装和比较分析

本研究采用Illumina、HiFi、Hi-C结合的策略，测序并组装了多回羽状全裂叶

芥菜XC的全基因组序列。基因组组装长度为961.69Mb，contigN50为6.565Mb，

将98.44%的序列锚定到了18条染色体上。基因组组装的BenchmarkingUniversal

Single-CopyOrthologs（BUSCO）评分为99.50，长末端重复序列组装指数（LTR

AssemblyIndex，LAI）为10.1，获得了1个较高质量的叶用芥菜基因组。XC基因

组的GC含量为38.06%，重复序列占比55.14%，转座子（transposableelement，

TE）占比41.62%，一共注释了86,342个基因。此外，XC和其他已测序芥菜基因

组之间的单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）和插入与缺失多

态性（InsertionandDeletion，InDel）被鉴定。XC与B.junceavar.AU213之间共鉴

定了2,126,625个SNPs和221,505个InDels。XC与B.junceavar.Varuna之间共鉴

定了1,758,119个SNPs和192,080个InDels。XC与B.junceavar.SY之间共鉴定了

1,609,733个SNPs和159,114个InDels。XC与B.junceavar.T84−66之间共鉴定了

1,397,291个SNPs和165,573个InDels。

2.大片段重复序列导致了BjRCO基因的拷贝数增加

基于5个已测序的芥菜基因组数据，在XC的基因组中共鉴定出5个BjRCO基

I

因。在SY基因组中发现了3个BjRCO基因。在Varuna和AU213基因组中分别发

现了2个BjRCO基因。对XC中的BjRCO基因结构进行深入分析，结果显示这5

个基因基于5个不同的SNPs可分为两种类型。这两种类型的主要区别在于它们的

第一个外显子上存在一个C/T的SNP。此外，与SY的BjRCO位点相比，XC的

BjRCO位点存在三个长度超过38.5kb的重复片段。这些重复片段的存在已通过分

子标记得到验证。

3.BjRCO基因拷贝数增加与高表达共同调控芥菜叶形由简单变复杂

皮尔逊相关系数分析结果表明，芥菜的裂叶指数与BjRCO基因的表达量之间

存在显著的正相关。这表明BjRCO基因的高表达有助于多回羽状全裂叶的形成。

通过实时荧光定量PCR（qPCR），证实了不同叶形芥菜BjRCO基因拷贝数的变化。

相关性分析显示，BjRCO基因拷贝数与裂叶指数和BjRCO基因的表达量均呈正相

关。因此，BjRCO