2025-05-25
BSA性状定位测序相关的多组学联合分析再添高分文章啦~
近日，沈阳农业大学在《The Plant Journal》期刊发表新研究成果！ 在蔬菜育种中，开花时间直接决定产量与品质。中国大白菜若过早抽薹（开花），会导致叶球松散、商品性骤降；而晚抽薹则能延长营养生长，提升产量。然而，调控这一性状的分子机制长期成谜。 表观修饰（如H3K27me3）如何 影响开花基因？如何通过 基因定位技术快速锁定关键基因 ？本文研究团队最新研究通过BSA混池分析（MutMap）结合表观遗传学 ，揭开了这一谜题，为解析中国大白菜开花时间的表观遗传调控提供了新见解。
本研究的测序和部分分析由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
研究背景
开花（抽薹）是植物从营养生长转向生殖生长的关键转折点，直接影响作物的产量和品质。对于叶菜类蔬菜（如中国大白菜）而言，过早抽薹会导致叶片松散、商品性下降，而适当延迟抽薹则能延长营养生长，提高产量。因此，解析抽薹时间的调控机制，对培育抗抽薹大白菜品种至关重要。
本研究聚焦于一个EMS诱变的突变体M1407，该突变体表现出显著的晚抽薹表型，尤其是在春化处理后。利用BSA混池分析（MutMap）结合表观遗传学手段，团队成功锁定关键基因BrSWN（PRC2复合体的催化亚基），并揭示其通过调控H3K27me3修饰影响开花抑制基因BrFLC2/BrFLC3的表达，从而决定抽薹时间。这一发现不仅填补了大白菜开花表观调控的空白，也为分子设计育种提供了新靶点。
研究材料与方法
1.实验材料：选取39株晚抽薹F₂个体混池，与亲本“FT”和M1407进行测序。
2.测序平台：Illumina
3.分析内容：Mutmap、RNAi沉默、酵母双杂交（Y2H）、CUT&TAG等技术多维度验证基因功能。
研究结果
BSA定位的精准与表观调控的奥秘
BSA一锤定音：BrSWN突变导致晚抽薹
为进行遗传分析，将野生型'FT'与突变体M1407杂交获得F1代群体，其抽薹时间与'FT'相似。BC1群体（F1×'FT'）表现为正常抽薹表型，而BC1（F1×M1407）则呈现野生型与突变表型的分离，比例为1.11:1（χ²=0.52<χ²0.05=3.84）。在F2群体中，361株表现正常抽薹，117株表现晚抽薹，分离比为3.08:1，符合孟德尔单基因隐性遗传规律（χ²=0.07<χ²0.05=3.84）（表1）。这些结果表明晚抽薹表型由单个隐性位点控制。
基于F2群体的39个晚抽薹子代，基于SNP指数（≥95%分位数）的BSA分析，锁定A09染色体4.4 Mb候选区间，发现BraA09g002300.3.5C（BrSWN）的错义突变（R725H）。
图1 晚抽薹突变体M1407的鉴定及其MutMap SNP-index
BrSWN基因的分析
BrSWN基因全长4457 bp，包含17个外显子和16个内含子，其编码区（CDS）长2502 bp，可编码833个氨基酸。在M1407突变体中，该基因第12外显子发生G→A单碱基替换，导致第725位氨基酸由精氨酸（Arg, R）变为组氨酸（His, H）。综合序列特征、蛋白结构域、进化分析和结构预测，推测该SNP通过改变BrSWN的催化活性导致表型变异。
图2 BrSWN的序列比对与蛋白结构分析
表观遗传调控：H3K27me3的“沉默艺术”
BrSWN是拟南芥AtSWN的同源基因，作为一种H3K27甲基转移酶，通过催化H3K27me3修饰来抑制靶基因表达。WB结果显示，M1407中H3K27me3整体水平显著降低（图3e）；CUT&TAG技术定量分析显示，BrSWN突变导致BrFLC2/BrFLC3位点H3K27me3富集减少，解除基因沉默。这些结果证明，BrSWN特异性调控BrFLC2和BrFLC3位点的H3K27me3修饰沉积，而这种表观遗传标记的正确建立对中国大白菜开花调控至关重要。
图3 BrSWN与BrVRN2蛋白复合体的该突变导致BrFLC2/BrFLC3的H3K27me3水平降低
上游调控网络：BrBPC6的“刹车”作用
Y1H和EMSA实验证实，转录因子BrBPC6通过结合BrSWN启动子TCTC motif抑制其表达，形成“BrBPC6-BrSWN-BrFLC”调控轴。GUS反式激活实验进一步表明，35S::BrBPC6与proSWN共转化时，GUS活性较单独转化proSWN显著降低（图4e）。这些结果证明BrBPC6可通过体内结合BrSWN启动子抑制其表达。
图4 BrBPC6通过结合启动子抑制BrSWN的转录表达
结 论
本研究通过BSA混池分析快速定位BrSWN基因，结合表观遗传学揭示了PRC2复合体通过H3K27me3修饰动态调控开花的机制。这一发现不仅为培育抗抽薹大白菜品种提供分子靶点，更展示了BSA技术在复杂性状基因定位中的高效性！
综合研究结果，本文提出SWN-PRC2复合体介导的转录抑制模型：野生型中，BrSWN-PRC2复合体在BrFLC2和BrFLC3位点沉积H3K27me3修饰，高水平的H3K27me3抑制BrFLC2/BrFLC3表达，从而维持正常抽薹时间；而在M1407突变体中，BrSWN突变导致其催化H3K27me3能力降低，无法有效抑制BrFLC2/BrFLC3表达，最终导致抽薹延迟。鉴于BrFLC2和BrFLC3在抑制开花时间中的关键作用，本研究揭示SWN-PRC2复合体在大白菜开花时间调控中具有重要功能。
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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.
