Nature Genetics发布最大规模生菜全基因组重测序研究

深圳华大生命科学研究院、深圳国家基因库在四年前启动了生菜重测序计划，与荷兰遗传资源中心合作，对该中心保有的2500多份生菜及野生育种材料展开种质数字化。

项目团队对一期的445份重测序数据进行了分析，4月12日，研究成果以“Whole-genome resequencing of 445 Lactuca accessions reveals the domestication history of cultivated lettuce”为题发表在国际知名期刊Nature Genetics上。

国家基因库以其全球领先的基因组数据产出中心——数字化平台（了解详情），支撑了该项目重测序任务的执行，产出共计22 Tb数据；原始数据及相关分析结果已上传至组学数据共享及应用平台——国家基因库生命大数据平台（CNGBdb），面向全球科研人员公开，项目编号：CNP0000335。

主要发现

1. 所有栽培生菜源自同一次独立驯化事件

我们都知道，现今的栽培作物都是先人从野生植物中驯化而来的，而生菜的近缘野生种就是野莴苣（L. serriola）。通过对序列变异进行系统进化分析，研究团队发现，所有生菜样品聚为一支（图中绿色部分），并且与野莴苣有着最近的共同祖先，这说明所有的栽培生菜都源自一次独立的驯化事件。

栽培生菜（图中绿色所示）与野生近缘种的群体分析

2. 栽培生菜可能起源于高加索地区、两河流域

研究团队对群体结构进行解析，将野莴苣分为六个具有不同群体特征的地理居群，而栽培生菜与高加索地区、两河流域的野莴苣居群具有最近的遗传距离。由此推断，栽培生菜极有可能起源于高加索地区、两河流域。通过有效群体大小分析发现，距今1万年前栽培生菜和野莴苣均经历了种群收缩，可能由环境剧烈变化所致。而从公元前4000年开始，栽培生菜有效群体大小出现了更为剧烈的下降，暗示着生菜正在经历人工驯化。在被人类驯化之后，生菜先传播到古埃及并逐渐演变为如今的油用生菜。在古罗马时代传到南欧地区，与当地的野莴苣杂交之后，开始作为叶用生菜种植食用。

图：本研究提出的生菜驯化历史。栽培生菜最早自高加索地区、两河流域的野莴苣（图中红色方框）驯化而来，接着传入古埃及并培育出油用生菜，之后传入南欧地区才出现最古老的叶用生菜—直立生菜，因为在古罗马地区广泛种植，又称罗马生菜。

3. 确定三大驯化性状的染色体定位

栽培生菜有很多所谓的“驯化综合症（domestication syndrome）”，如叶片全缘、缺少叶刺、无法散种等。本研究通过全基因组关联分析，对重要的驯化和农艺性状相关基因进行了精细定位。将以上三个驯化性状的相关基因座位，分别定位于生菜基因组的第3、5和6号染色体上。

对散种基因所在区域的变异位点进行系统进化分析，发现栽培生菜与高加索的野莴苣居群在进化树上最近，揭示了散种的丢失可能是发生在生菜驯化的早期事件。对全缘叶关联区域进行系统进化分析，发现栽培生菜与南欧的野莴苣居群聚为一支，表明全缘叶这一性状可能来自南欧地区的野莴苣。

生菜基因组中受人工选择区域与重要驯化性状关联区域重叠

研究意义

本研究全面揭示了栽培生菜的完整驯化进程，并对生菜的种质资源结构、重要农艺性状和抗病基因来源进行了探索研究，为生菜育种提供了丰富的数字化资源。

项目由深圳华大生命科学研究院农业基因组学国家重点实验室团队主导完成，深圳华大生命科学研究院魏桐博士、刘新疆和荷兰遗传资源中心Rob van Treuren教授为共同第一作者，农业基因组学国家重点实验室刘欢、刘心和荷兰遗传资源中心Rob van Treuren教授为共同通讯作者。此外，华中农业大学匡汉晖教授团队、深圳国家基因库动植物资源活体库和数字化平台、深圳市仙湖植物园等多家单位共同参与完成。

同时，该项目引进的3000+份生菜种质资源由国家基因库动植物资源活体库保藏，其中超过一半是宝贵的野生育种资源，已成为全球最大的生菜资源库。结合种质资源与测序数据，国家基因库将建成“一站式”的功能基因组学数据库，继续为未来的生菜科研与育种提供支持。

上：项目组生菜种植区；下：国家基因库动植物资源活体库

首发公号：国家基因库大数据平台  

参考文献

Wei, T., van Treuren, R., Liu, X. et al. Whole-genome resequencing of 445 Lactuca accessions reveals the domestication history of cultivated lettuce. Nat Genet (2021). 

信息来源：“深圳国家基因库”公众号

图片源于Nature Genetics官网和参考文献，如有侵权请联系删除。