四川的青菜、湖南的排菜、長江下游的雪里蕻，還有榨菜、兒菜、棒菜和大頭菜……形態各異的芥菜是我國重要的經濟作物，用作油料、蔬菜和調味品。然而，芥菜的遺傳學起源與地理起源和多樣性中心的結論不完全一致，故芥菜的起源一直是未解之謎。9月6日，國際學術期刊《自然·遺傳學》發表湖南農業大學劉忠松教授團隊聯合中國農業科學院油料作物研究所華瑋研究員團隊等國內外多家單位完成的研究論文，解決了芥菜起源和馴化的長期科學爭議，揭示了芥菜多樣性變異的遺傳基礎，為芥菜種質資源利用和基因組選擇育種奠定了基礎。
研究團隊首先運用第三代測序技術，組裝了高質量黃籽芥菜參考基因組。黃籽芥菜參考基因組在基因組組裝大小、含N比例、連續性和掛載率等方面優于之前發表的中國莖用芥菜和印度油用芥菜基因組。
之后，研究團隊進一步對全球38個國家和地區的480份芥菜種質進行了基因組重測序，通過系統進化、群體結構和主成分分析將芥菜分為三大類和六個遺傳類群。綜合核基因組和胞質基因組系統進化分析、考古發掘和歷史文獻以及種群動態分析，研究團隊重建了芥菜的起源和馴化歷史。芥菜于8000—14000年前起源于西亞，由西向東沿三條獨立路徑傳播，通過基因突變和漸滲雜交演化出六個不同的類群。約2500—5120年前，根芥首先從野生芥菜中演化出來，推測其在蒙古國和中國東北被馴化。野生芥菜被馴化為第三群籽芥，從阿富汗北部沿草原路線向東傳播，經河西走廊傳入西藏。在其傳播過程中，經基因突變和人工選擇演化出第二群黃籽芥菜。同時，籽芥從阿富汗南部傳播到印度次大陸，在那里被馴化為第六群印度芥菜。印度芥菜向東擴散，形成了大葉芥菜，進一步向東傳入中國西南地區，演化不同類型的第五群葉用芥菜，并于18世紀在四川盆地由葉用芥菜馴化出莖用芥菜。第四群油用芥菜則由第二群與第五群雜交、馴化而來，它繼承了第二群的黃色種子顏色和胞質基因組與第五群的早熟特性。
研究團隊最后利用選擇消除和全基因組關聯分析鑒定出12個共同的控制開花期候選基因，對其中2個候選基因VIN3和SRR1進行單倍型分析，分析表明它們在芥菜的傳播和馴化過程中共同進化，揭示了芥菜在開花期上對環境的適應。此外團隊對籽用、莖用和根用芥菜的基因組特有選擇區域和候選基因分析后，發現芥菜中適應了當地光周期的基因導致種子大小的改變，生長素信號傳導、糖轉運、細胞分裂和細胞擴張等方面的基因決定根、莖膨大。
高質量黃籽芥菜參考基因組和重測序鑒定的不同類型芥菜的基因組變異為芥菜基因組學研究建立了平臺，為尋找新的基因提供了線索。鑒定出的新基因、單倍型為不同用途芥菜的基因組選擇育種提供了基因資源和科學依據，有助于提高育種效率、加速芥菜育種進程。
（本報記者 禹愛華 本報通訊員 庹煉 康雷）
