近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所種質(zhì)資源團(tuán)隊(duì)在人工合成的蘿卜×甘藍(lán)（RRCC）異源四倍體中建立基因組加速演化的研究模型，揭示了異源多倍體植物基因組早期演化特征，通過(guò)基因編輯促進(jìn)了同祖染色體重組和染色體剔除，首次誘導(dǎo)了能使配子迅速降倍的次級(jí)減數(shù)分裂。
該研究在多倍體人工演化研究、種質(zhì)資源創(chuàng)新和遺傳育種領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，相關(guān)研究成果發(fā)表在《核酸研究（Nucleic Acids Research）》上。
十字花科包含蘿卜、白菜、甘藍(lán)、油菜、芥菜等重要的蔬菜作物、油料作物和調(diào)料作物，遠(yuǎn)緣雜交被廣泛地應(yīng)用于十字花科作物的種質(zhì)創(chuàng)新和遺傳育種，蘿卜屬和蕓薹屬作物分別獨(dú)立進(jìn)化出對(duì)方稀缺的優(yōu)良性狀和抗性基因。但是，屬間基因組的重組困難制約了優(yōu)良基因的穿梭轉(zhuǎn)育，使得遠(yuǎn)緣雜交育種難以取得實(shí)質(zhì)性突破。
圖片說(shuō)明：基因編輯促進(jìn)染色體重排和基因定點(diǎn)轉(zhuǎn)換
為了解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)前期創(chuàng)制和引進(jìn)了大量遠(yuǎn)緣雜交新種質(zhì)。該研究首先對(duì)一份自交8代以上的蘿卜×甘藍(lán)（RRCC）異源四倍體基因組測(cè)序，揭示了多倍體基因組的早期演化，發(fā)現(xiàn)人工合成的異緣多倍體中基因組的刪除速度很快，而基因組重排速度要慢得多。核心基因和高頻基因傾向于保留，而特有基因和低頻基因傾向于丟失。大片段的染色體刪除富集在異染色質(zhì)區(qū)，可能是染色體斷裂產(chǎn)生。基因組間的轉(zhuǎn)座主要發(fā)生在同源片段之間，并以短片段為主，表明基因轉(zhuǎn)換是遠(yuǎn)緣雜種基因組間遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的主要途徑。
為加速基因組重排，研究團(tuán)隊(duì)在蘿卜×甘藍(lán)上建立了高效的基因編輯技術(shù)。通過(guò)編輯FANCM基因，提高了部分同源染色體的重組效率，并首次誘導(dǎo)了能使配子基因組迅速降倍的次級(jí)減數(shù)分裂。通過(guò)編輯FLIP基因，成功實(shí)現(xiàn)基因定點(diǎn)轉(zhuǎn)換，創(chuàng)制了目標(biāo)位點(diǎn)嵌合新基因。
當(dāng)前的育種面臨嚴(yán)峻的資源限制和技術(shù)瓶頸。如果把每個(gè)基因比作一張牌，那么一個(gè)優(yōu)良的品種或一份優(yōu)異的骨干親本則是育種家幸運(yùn)地抓到的一副好牌，其形成和獲得具有很強(qiáng)的偶然性。該研究則賦予育種家洗牌、分牌和換牌的主動(dòng)權(quán)，因而，這一革命性新技術(shù)將突破親緣關(guān)系對(duì)種質(zhì)資源可用性的制約，創(chuàng)制具有遠(yuǎn)緣優(yōu)勢(shì)的新品種、新材料和新基因。
