萝卜（Raphanus sativus L.）是全球广泛栽培的重要十字花科根菜作物，其可食用的根、叶及芽富含多种营养。然而，由低温强光引发的提前抽薹会严重影响其产量与品质。从育种角度看，控制抽薹开花时间既关乎经济效益（避免早抽薹减产），又能加速育种进程（利用早花特性）。抽薹开花是受多基因和环境因素共同调控的数量性状，解析其遗传机制对精准育种至关重要。

四川大学生命科学学院林辉宏教授及其科研团队于2025年7月14日在著名期刊《Journal of Genetics and Genomics》上发表了名为“A telomere-to-telomere genome assembly of radish (Raphanus sativus L.) provides insights into QTL mapping of bolting traits”的文章，通过对以晚抽薹性状而闻名的白色萝卜品种C60213进行的T2T完整基因组组装，进一步研究与萝卜抽薹相关的QTL定位。

一、高质量基因组组装与评估

作者通过采用长读长测序技术，包括PacBioHiFi（27.91Gb，N50=16.59kb，59×）和ONT（21.25Gb，N50=100kb，44×），成功实现了高质量的基因组组装。混合组装过程由Hifiasm完成，接着使用Purge_dups进行冗余序列清除与杂合性降低。随后通过四轮Racon精修，获得由140条contig构成的初步组装结果，contigN50达到49.69Mb。借助Hi-C数据进一步进行scaffolding，去除较短的contig后保留了135条scaffold，其中13条非冗余scaffold被成功锚定至9条拟染色体上。最终构建出C60213的染色体级别基因组，仅剩4个缺口，并通过手动引入超长ONT数据完成填补，实现了无明显缺口的高完整性组装。

为全面评估基因组组装质量，作者首先采用 BUSCO 对保守植物基因库中的1614个基因进行完整性分析，结果显示99.2%的基因完整保留，表明该基因组具有极高的完整性。随后利用LTR Assembly Index（LAI）评估组装连续性，得分为26.07，显示出较高的连续性水平。此外，通过Merqury工具计算的基因组质量值（QV）显示其错误率低于0.0007%，进一步验证了组装的准确性和可靠性。

基于高质量组装，作者成功注释到了49768个蛋白质编码基因，其中97.38%的基因获得了明确的功能注释，反映出注释的高完整度与准确性。在结构组成方面，约59.72%的基因组序列为重复序列，主要由长末端重复序列（LTRs）构成。LTRs是植物基因组演化中的关键元素，其富集程度与基因组大小密切相关。

图1：萝卜C60213的基因组测序、组装和评价

 

二、端粒和着丝粒的鉴定

在高质量基因组组装的基础上，作者成功定位了全部18个端粒和9个无缺口着丝粒。端粒通过识别串联重复序列 TTTAGGG 鉴定，长度从34 bp到1250 bp不等。着丝粒的识别依赖于177 bp 重复序列，它在整个基因组中最为丰富，并经转座元件分析确认具有着丝粒特异性。最终，构建出长度9.38-22.39 Mb的9个CentR序列。进一步分析显示，着丝粒区域富含LTR类逆转座子（如Gypsy、Copia），但基因密度较低，仅包含1567个功能基因，主要参与代谢通路和植物-病原体互作。

图2：萝卜C60213全基因组中端粒和着丝粒的鉴定和分析

三、全基因组变异鉴定

以C60213基因组为参考，作者进一步鉴定了不同品种萝卜（NAU-LB和RSO5）中的基因组变异，包括单核苷酸多态性（SNPs）、小的插入缺失（InDels）以及结构变异（SVs）。在NAU-LB基因组中，共识别出389521个InDels，其中包含192380个插入和197141个缺失，此外还发现1393613个SNPs。在RSO5基因组中，识别出646879个InDels和2458517个SNPs。

同时，结构变异（SVs）的分析结果显示，少部分SVs位于编码区，这些变异可能会导致基因功能的破坏，并在植物基因组进化中受到强烈的净化选择。此外，GO功能富集分析表明，SVs主要影响萝卜的分子功能和特定代谢通路，这可能是导致不同萝卜品种表型和功能差异的关键因素之一。

图3：萝卜C60213基因组的基因注释及全基因组变异分析

 

四、比较基因组分析

在对萝卜基因组的比较分析中，作者发现萝卜与拟南芥、油菜、甘蓝等13个物种具有8972个共同的基因家族，并拥有640个独特的基因家族。通过系统发育分析，萝卜大约在1082万年前与甘蓝和油菜分化，且与黑芥菜的共同祖先较为接近。基因家族进化分析显示，萝卜中有1986个基因家族扩展，4474个基因家族收缩。通过对全基因组复制（WGD）事件的分析，发现萝卜只经历了十字花科物种的三倍化事件。LTR逆转座子插入时间的估算表明，萝卜的LTR逆转座子在约80万年前插入基因组。

图4：种间比较基因组学与基因组进化分析

 

五、高密度遗传连锁图谱的构建

对NIL_F2群体的父母和后代进行全基因组测序，成功获得了195.68 Gb的数据，并使用MseI和HaeIII酶组合构建了高质量的文库。C60213基因组总长472.71 Mb，在与亲本对齐后，亲本的平均对齐率超过97%。从4494970个SNP中筛选出了10129个高质量SNP，构建了包含9个连锁群的遗传图谱，总遗传距离为937.41 cM。该图谱提供了详细的标记信息，为后续的基因定位和遗传研究提供了坚实的基础。

 

六、抽薹和开花相关基因的QTL定位

作者采用来自两个NIL亲本（C60213和C60293）以及217个NIL-F2:3群体的数据，进行了萝卜的抽薹和开花性状的QTL定位。关键性状如抽薹日期（BUD）和开花日期（FD）被选为进一步分析的对象。研究中观察到茎高（FH）、抽薹速度（BS）和抽薹日期（BOD）存在显著的杂种优势效应。利用高密度基因图谱进行QTL定位，识别出与抽薹和开花性状相关的8个主要QTL区间，其中大多数与BUD相关。设置QTL定位的LOD阈值为3，最终在第2号染色体上识别出了这些QTL。

图5：以C60213基因组为参照构建高密度遗传连锁图和数量性状位点定位

七、转录组分析和RsMIPS3的异源过表达延迟抽薹时间

进一步对RsMIPS3基因进行了转录组分析与功能验证，作者发现该基因与抽薹时间密切相关。实验表明，RsMIPS3的过表达显著延迟了抽薹时间，且基因表达水平与RNA-seq分析结果一致。通过与拟南芥基因进行比对，确认RsMIPS3是一个肌醇-1-磷酸合成酶，参与了肌醇的积累过程，从而负向调控抽薹。RT-qPCR分析进一步揭示，RsMIPS3通过调控开花相关基因（如FT、CO、SOC1等）表达，影响萝卜的开花和抽薹时间。

图6：以C60213基因组为参照构建高密度遗传连锁图和数量性状位点定位

图7：RsMIPS3的亚细胞定位与抽薹调控功能验证

 

结语

作者对萝卜品种C60213进行了端粒到端粒（T2T）基因组组装，获得了472.71Mb的高质量基因组，注释了49768个蛋白编码基因。通过QTL定位，发现七个与抽薹和开花相关的重要区间，并筛选出关键基因RsMIPS3。该基因在C60213中高表达，且其过表达能显著延迟拟南芥抽薹，验证了其调控功能。研究为萝卜分子育种提供了宝贵资源与理论支持。

 

 

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