白菜类作物栽培研究的新成果
（一）探索白菜类作物基因的新信息
1．主导完成白菜全基因组研究
2011年8月29日，由中国农科院蔬菜花卉研究所和油料作物研究所、深圳华大基因研究院牵头，英国、韩国、美国、法国等国专家参与的项目研究团队，在《自然·遗传学》网络版发表研究成果，公布白菜全基因组序列图谱，这是由中国科学家主导、通过国际合作完成的又一重大成果。
白菜类蔬菜，包括结球白菜、小白菜、菜心和芜菁等形态各异的一大类蔬菜。据了解，研究人员开展了白菜基因组注释、比较基因组学、基因组进化和各种相关的生物学分析。结果表明，白菜基因组大小为约485Mb，共包含约4万多个基因。白菜的祖先种与模式物种拟南芥非常相似，它们大约在1300万～1700万年前发生分化，两者依然维持着良好的基因间线性对应关系。
研究人员发现，白菜基因组存在3个类似但基因密度明显不同的亚基因组，其中一个亚基因组密度显著高于另外两个亚基因组，推测白菜基因组在进化过程中经历了两次全基因组复制事件与两次基因丢失的过程。他们还发现，白菜在基因组发生复制之后，与器官形态变异有关的生长素相关基因发生显著扩增，白菜基因组复制导致许多与形态变异有关的基因保留更多拷贝，这可能是白菜类蔬菜具有丰富的根、茎、叶形态变异的根本原因。这一成果，对研究不同产品器官的形成与发育具有重要价值。
白菜是迄今为止测定的与模式物种拟南芥亲缘关系最近的物种。而拟南芥是目前世界上研究最为透彻的物种，大量的拟南芥基因功能得到阐明，这为利用模式物种信息进行栽培作物的改良奠定良好基础，将极大促进白菜类作物和其它芸薹属作物的遗传改良。白菜全基因组序列图谱的完成，进一步丰富了蔬菜遗传育种理论，对巩固和提高我国白菜类作物育种的国际领先地位有着十分重要的作用。
2．首次明确白菜等蔬菜的祖先基因
2013年5月，中国农科院蔬菜花卉研究所王晓武研究员率领的研究团队，在《植物细胞》杂志网络版发表论文，表明他们对芸薹属物种基因组进化的研究获得了重要成果。同时发表的还有：《植物细胞》主编对该论文的推荐文章“重建白菜祖先基因组”。
很少人知道，百姓餐桌上经常“露面”的白菜、甘蓝、芥菜和油菜等，在蔬菜专业研究领域都属于芸薹属。长期以来，这些蔬菜的“祖先”到底是谁？对于研究芸薹属植物起源与进化的科学家来说，一直是个难解之谜。
该研究在完成白菜基因组测序的基础上，首次明确芸薹属及其近缘物种具有七条染色体的共同祖先基因组，阐明芸薹属基因组进化的关键环节。在此基础上，重新构建白菜的三个亚基因组，并精确定义十字花科模式基因组的7个重组区块，解决了白菜、甘蓝、油菜、萝卜等重要作物多年未解的染色体进化难题。
业内专家表示，明确芸薹属及其近缘物种共同祖先的基因组，不仅对阐明芸薹属作物的进化过程具有重要意义，而且对芸薹属基因功能研究将产生重大影响。该研究团队多年从事芸薹属物种的研究，主导了白菜基因组的测序工作。
（二）探索甘蓝类作物基因及功能的新信息
1．甘蓝类作物基因研究的新进展
⑴发表甘蓝的基因组测序草图。2014年5月23日，中国农科院油料作物研究所刘胜毅研究员主持，中国农科院蔬菜花卉研究所、华大基因等多家研究机构参与的研究团队，在《自然·通讯》杂志上发表论文称，他们已完成对甘蓝基因组的测序，同时公布了这种作物的基因组草图。
多倍化为植物的适应性进化提供了大量的遗传变异。但迄今为止人们还不清楚，这种基因组加倍是如何推动物种分化的。芸薹属植物是研究多倍体进化的一个理想模型，它属于十字花科，包含多种重要的农业及园艺作物，例如白菜、甘蓝等。
研究人员通过现代测序方法，完成了甘蓝的基因组草图，并将其与之前测序的姊妹种白菜进行比较。研究显示，甘蓝的基因组加倍区域存在着大量的染色体重排和基因丢失事件，其转座元件大量扩增。在甘蓝和白菜的基因组中，特定通路的基因保留和基因表达存在差异，许多旁系同源和直系同源基因出现了选择性剪切。此外，该研究还鉴定了与抗癌植物素生产和形态差异有关的基因，展现了基因组加倍和差异化的结果。
白菜和甘蓝是我国主要的蔬菜作物，这项基因组研究不仅有助于人们进一步理解芸薹属的基因组进化，还为许多重要作物的研究提供宝贵线索。解析芸薹属的基因组进化和分化过程，可以帮助人们更好地对相关蔬菜和油料作物进行育种。
⑵构建完成西兰花DNA指纹图谱库。2020年1月11日，新华社报道，国家西兰花良种重大科研联合攻关组，在浙江省台州市举办的2019浙江西兰花新品种大会上宣布，他们构建完成西兰花DNA指纹图谱库，并建立相应的鉴定技术体系。这将为实现西兰花种质资源共享与利益分配提供强有力的技术保障，为品种权保护和种质材料的共享共用保驾护航。
西兰花又名青花菜，是全球重要的健康蔬菜之一，近10多年来西兰花产业在中国发展迅速。然而，中国西兰花种子供给却无法自给，长期受外国公司的垄断。
2018年，农业农村部成立国家西兰花良种重大科研联合攻关组，由浙江省种子管理总站牵头，浙江省农业科学院为首席专家单位，联合国内主要西兰花科研教学单位和种业企业共20多家开展联合攻关。2019年，攻关组以加快构建完成中国西兰花种质材料及主要育成品种DNA指纹图谱库、建立“分子身份证”为工作重点，建立种质亲缘关系和纯度鉴定技术体系，以推进种质材料的共享共用，并切实保护自主知识产权，加快西兰花品种的“国产化”进程。同时，育成新品种51个，其中申请品种权保护31个。
据了解，如同人类的指纹作为身份标识一样，植物的DNA指纹图谱为其贴上了“分子身份证”，可用来规范种子市场，防止出现“同物异名或同名异物”的现象，在品种知识产权保护、种子纯度检验等方面具有重要的应用价值。
2．甘蓝类作物功能研究的新发现
发现甘蓝类蔬菜有益于肠道健康。2017年10月，美国宾夕法尼亚州立大学加里·佩尔迪尤等学者组成的研究小组，在荷兰《功能性食品杂志》上发表研究报告说，西蓝花、抱子甘蓝、花椰菜和圆白菜等甘蓝类蔬菜中含有名为吲哚类芥子油甙的有机化合物，这种物质可以分解为吲哚并咔唑等化合物。当吲哚并咔唑与芳香烃受体结合后，会激活芳香烃受体在肠屏障中的作用，帮助维持肠道菌群平衡，预防癌症等疾病。也就是说，西蓝花等蔬菜有助于促进肠道健康。
研究人员在研究中发现，当实验鼠吃下西蓝花后，比没吃西蓝花的实验鼠，可以更加耐受肠漏症和大肠炎等消化系统问题。肠漏症是由慢性炎症引起的，小肠壁的细胞间会产生空隙，使小肠毒素、细菌、微生物和食物颗粒进入血液，进而刺激自体免疫系统，危害肝脏、胰脏等器官，引起哮喘、心脏病等疾病。
实验鼠吃下的西蓝花约占饮食总体分量的15%。佩尔迪尤表示，对于人来讲，这相当于每天吃3杯半的西蓝花。而抱子甘蓝中含有的吲哚类芥子油甙是西蓝花的3倍，所以人们在吃抱子甘蓝时，只需要1杯的量即可达到同样效果。
（三）探索芥菜类作物基因的新信息
绘制出首张榨菜高质量基因组图谱
2016年9月6日，浙江大学农业与生物技术学院园艺系张明方教授课题组，联合北京百迈客生物科技有限公司、中国农科院蔬菜花卉研究所、美国内布拉斯加大学、澳大利亚西澳大学、印度德里大学等国内外科研单位组成的一个国际研究团队，在《自然·遗传》杂志网络版发表论文称，他们通过高通量测序技术，绘制出世界上第一张榨菜全基因组图谱，并从基因组选择与进化层面解答了榨菜“家乡味”的成因，这一进展将对芥菜类蔬菜作物的改良产生重要意义。
菜用芥菜是我国重要的加工蔬菜，榨菜和雪里蕻、大头菜等都属于不同的变种，它们在浙江、四川、重庆等南方许多省市广泛栽培。那么榨菜、梅干菜的“家乡味”，是受什么基因影响呢？通过全基因组分析，研究人员找到两组同源基因序列。其中一组，与硫代葡糖糖苷代谢有关，它们发生了差异化进化，这就是为什么我们有的榨菜闻起来香，有的香味不明显。另外一组，则与油脂代谢有关，决定着油用芥菜的产油量和油脂的组分。
研究人员介绍道，多倍化是植物进化中的普遍现象。半个世纪以来，众多学者以小麦、棉花、油菜等为模式作物，对复杂基因组组装和同源基因表达进行了广泛研究，但尚未揭示多倍体物种中同源基因表达与选择的机制。这种机制，终于通过我国的“乡土”作物榨菜得到了揭示：异源多倍体芥菜亚基因组间呈非对称进化，亚基因组间同源基因中具有显著表达差异的基因表现出更快的进化速率，这些基因在菜用和油用芥菜分化中受到选择。
张明方认为，榨菜全基因组信息的解析，不但可以推动芥菜类蔬菜作物分子育种的进程，同时，还能以从理论上预测重要农业性状的选择，推动对基因组育种的认识和应用。他说：“我们将进一步寻找植物性状与基因序列之间对应的关系，将来，我们就可以在实验室里精准地进行分子设计育种，加速新品种选育的进程。”
