2025-05-25
BSA性狀定位測序相關的多組學聯合分析再添高分文章啦~
近日，沈陽農業大學在《The Plant Journal》期刊發表新研究成果！ 在蔬菜育種中，開花時間直接決定產量與品質。中國大白菜若過早抽薹（開花），會導致葉球松散、商品性驟降；而晚抽薹則能延長營養生長，提升產量。然而，調控這一性狀的分子機制長期成謎。 表觀修飾（如H3K27me3）如何 影響開花基因？如何通過 基因定位技術快速鎖定關鍵基因 ？本文研究團隊最新研究通過BSA混池分析（MutMap）結合表觀遺傳學 ，揭開了這一謎題，為解析中國大白菜開花時間的表觀遺傳調控提供了新見解。
本研究的測序和部分分析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
研究背景
開花（抽薹）是植物從營養生長轉向生殖生長的關鍵轉折點，直接影響作物的產量和品質。對于葉菜類蔬菜（如中國大白菜）而言，過早抽薹會導致葉片松散、商品性下降，而適當延遲抽薹則能延長營養生長，提高產量。因此，解析抽薹時間的調控機制，對培育抗抽薹大白菜品種至關重要。
本研究聚焦于一個EMS誘變的突變體M1407，該突變體表現出顯著的晚抽薹表型，尤其是在春化處理后。利用BSA混池分析（MutMap）結合表觀遺傳學手段，團隊成功鎖定關鍵基因BrSWN（PRC2復合體的催化亞基），并揭示其通過調控H3K27me3修飾影響開花抑制基因BrFLC2/BrFLC3的表達，從而決定抽薹時間。這一發現不僅填補了大白菜開花表觀調控的空白，也為分子設計育種提供了新靶點。
研究材料與方法
1.實驗材料：選取39株晚抽薹F?個體混池，與親本“FT”和M1407進行測序。
2.測序平臺：Illumina
3.分析內容：Mutmap、RNAi沉默、酵母雙雜交（Y2H）、CUT&TAG等技術多維度驗證基因功能。
研究結果
BSA定位的精準與表觀調控的奧秘
BSA一錘定音：BrSWN突變導致晚抽薹
為進行遺傳分析，將野生型'FT'與突變體M1407雜交獲得F1代群體，其抽薹時間與'FT'相似。BC1群體（F1×'FT'）表現為正常抽薹表型，而BC1（F1×M1407）則呈現野生型與突變表型的分離，比例為1.11:1（χ2=0.52<χ20.05=3.84）。在F2群體中，361株表現正常抽薹，117株表現晚抽薹，分離比為3.08:1，符合孟德爾單基因隱性遺傳規律（χ2=0.07<χ20.05=3.84）（表1）。這些結果表明晚抽薹表型由單個隱性位點控制。
基于F2群體的39個晚抽薹子代，基于SNP指數（≥95%分位數）的BSA分析，鎖定A09染色體4.4 Mb候選區間，發現BraA09g002300.3.5C（BrSWN）的錯義突變（R725H）。
圖1 晚抽薹突變體M1407的鑒定及其MutMap SNP-index
BrSWN基因的分析
BrSWN基因全長4457 bp，包含17個外顯子和16個內含子，其編碼區（CDS）長2502 bp，可編碼833個氨基酸。在M1407突變體中，該基因第12外顯子發生G→A單堿基替換，導致第725位氨基酸由精氨酸（Arg, R）變為組氨酸（His, H）。綜合序列特征、蛋白結構域、進化分析和結構預測，推測該SNP通過改變BrSWN的催化活性導致表型變異。
圖2 BrSWN的序列比對與蛋白結構分析
表觀遺傳調控：H3K27me3的“沉默藝術”
BrSWN是擬南芥AtSWN的同源基因，作為一種H3K27甲基轉移酶，通過催化H3K27me3修飾來抑制靶基因表達。WB結果顯示，M1407中H3K27me3整體水平顯著降低（圖3e）；CUT&TAG技術定量分析顯示，BrSWN突變導致BrFLC2/BrFLC3位點H3K27me3富集減少，解除基因沉默。這些結果證明，BrSWN特異性調控BrFLC2和BrFLC3位點的H3K27me3修飾沉積，而這種表觀遺傳標記的正確建立對中國大白菜開花調控至關重要。
圖3 BrSWN與BrVRN2蛋白復合體的該突變導致BrFLC2/BrFLC3的H3K27me3水平降低
上游調控網絡：BrBPC6的“剎車”作用
Y1H和EMSA實驗證實，轉錄因子BrBPC6通過結合BrSWN啟動子TCTC motif抑制其表達，形成“BrBPC6-BrSWN-BrFLC”調控軸。GUS反式激活實驗進一步表明，35S::BrBPC6與proSWN共轉化時，GUS活性較單獨轉化proSWN顯著降低（圖4e）。這些結果證明BrBPC6可通過體內結合BrSWN啟動子抑制其表達。
圖4 BrBPC6通過結合啟動子抑制BrSWN的轉錄表達
結 論
本研究通過BSA混池分析快速定位BrSWN基因，結合表觀遺傳學揭示了PRC2復合體通過H3K27me3修飾動態調控開花的機制。這一發現不僅為培育抗抽薹大白菜品種提供分子靶點，更展示了BSA技術在復雜性狀基因定位中的高效性！
綜合研究結果，本文提出SWN-PRC2復合體介導的轉錄抑制模型：野生型中，BrSWN-PRC2復合體在BrFLC2和BrFLC3位點沉積H3K27me3修飾，高水平的H3K27me3抑制BrFLC2/BrFLC3表達，從而維持正常抽薹時間；而在M1407突變體中，BrSWN突變導致其催化H3K27me3能力降低，無法有效抑制BrFLC2/BrFLC3表達，最終導致抽薹延遲。鑒于BrFLC2和BrFLC3在抑制開花時間中的關鍵作用，本研究揭示SWN-PRC2復合體在大白菜開花時間調控中具有重要功能。
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文章索引：Zifan Zhao.,Chong Tan.,Jiamei Zhang., et al.BrSWN mutation reduces the H3K27me3 level at the BrFLC2 and BrFLC3 loci and confers a late-bolting phenotype in Chinese cabbage. Plant J. 2025 Apr;122(1):e70151.doi: 10.1111/tpj.70151.
