2017年11月2日，國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威刊物自然出版集團(tuán)旗下子刊《NatureCommunications》雜志在線發(fā)表了《TheasparagusgenomeshedslightontheoriginandevolutionofayoungYchromosome》，即“蘆筍基因組序列揭示早期階段Y染色體起源與演化機(jī)制”，我院陳光宇研究員為該論文通訊作者，蔬菜花卉研究所周勁松副研究員與美國(guó)喬治亞大學(xué)植物生物學(xué)系A(chǔ)lexHarkess、華大基因許春艷為論文共同作者，標(biāo)志著我院領(lǐng)銜的國(guó)際合作項(xiàng)目“蘆筍基因組測(cè)序分析”計(jì)劃順利完成。

蘆筍（Asparagusofficinalis）屬于典型的雌雄異株植物（僅約占被子植物的6%），具有獨(dú)特的進(jìn)化上較為原始的同型X、Y染色體，是研究植物性別決定與性染色體起源進(jìn)化的模式植物。國(guó)際蘆筍基因組計(jì)劃由我院于2009年在第十二屆世界蘆筍大會(huì)上發(fā)起，2010年12月國(guó)際合作項(xiàng)目“蘆筍基因組測(cè)序分析”在南昌正式簽約實(shí)施，陳光宇研究員擔(dān)任首席科學(xué)家。歷經(jīng)七年，先后有中國(guó)、美國(guó)、荷蘭、意大利、德國(guó)、日本、泰國(guó)7個(gè)國(guó)家參與，獲得多個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。該項(xiàng)目首先采用二代測(cè)序（SBS）+三代測(cè)序（PacBio）+單分子光學(xué)圖譜（BioNano）策略，成功獲得1.205Gb高質(zhì)量的雄性雙單倍體（YY）蘆筍全基因組序列蘆筍參考基因組，contigN50高達(dá)88.16Kb，scaffoldN50達(dá)到1.24Mb，將93.7%scaffold錨定至全部10條染色體參考序列上，預(yù)測(cè)了27，656個(gè)蛋白編碼基因。然后通過(guò)比較基因組學(xué)與實(shí)驗(yàn)分析，在Y染色體上鎖定一個(gè)X染色體缺失的長(zhǎng)約1M的非重組性別決定區(qū)域，從中鑒定出雌性抑制基因（SOFF）和一個(gè)雄性特征基因（aspTDF1），它們是獨(dú)立連鎖的，決定著蘆筍雌雄性別。SOFF基因的γ射線誘變?nèi)笔蛔凅w和自發(fā)移碼突變體，結(jié)果都導(dǎo)致XY表型由雄性到雌雄同體轉(zhuǎn)變；而γ射線誘導(dǎo)的Y染色體整個(gè)非重組區(qū)域缺失突變體，結(jié)果導(dǎo)致XY表型由雄性到雌性轉(zhuǎn)變。分子系統(tǒng)學(xué)進(jìn)一步分析表明，在天門(mén)冬屬內(nèi)，伴隨著雌性抑制基因（SOFF）出現(xiàn)，隨后非重組的性別決定區(qū)域膨脹，產(chǎn)生了一個(gè)具有功能活性的Y染色體。這些研究結(jié)果從分子水平證實(shí)了Brian與DeborahCharlesworth關(guān)于植物性染色體起源進(jìn)化經(jīng)典的“兩基因”假說(shuō)，揭示了雌雄異株植物性別決定和染色體進(jìn)化的分子機(jī)制。

蘆筍基因組的解讀，是我省科學(xué)家通過(guò)國(guó)際合作完成的個(gè)高質(zhì)量的模式植物基因組序列分析，將極大推動(dòng)蘆筍功能基因組以及雌雄異株植物性別決定與染色體進(jìn)化機(jī)理研究，拉開(kāi)了蘆筍分子育種序幕，為培育具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲(chóng)害、抗逆、全雄、全雌等優(yōu)良性狀的蘆筍新品種打下了良好的基礎(chǔ)，對(duì)推動(dòng)世界蘆筍產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步具有十分重大的理論和實(shí)踐意義。