通过种间杂交创制的“合成”异源多倍体在为作物改良提供新的基因组变异方面发挥着重要作用。这种合成的异源多倍体常常经历快速的基因组结构变异（SV）。SV与物种形成、进化和表型多样性密切相关。然而，SV是如何产生、传递和固定的呢？已有的研究通过荧光原位杂交、芯片和简化基因组测序等方法，在再合成的异源四倍体甘蓝型油菜早期株系中鉴定分析了各类不同的SV（复制、缺失、部分同源重组、染色体数目变异）及其分布特征。然而，在人工改良进程中，这些SV在高世代株系中被选择、传递和固定的模式还鲜有研究。深入了解SV在高世代株系及其杂交分离群体的发生、遗传传递以及对性状的影响，将有助于育种人员在育种计划中更好地开发和利用人工合成异源多倍体，而如何全面地检测出人工合成油菜基因组内复杂的SV并从数量遗传学角度评估其对性状的影响则十分关键。

近日，华中农业大学油菜团队邹珺课题组在The Crop Journal在线发表了题为“The occurrence, inheritance, and segregation of complex genomic structural variation in synthetic Brassica napus”的研究论文，作者以共享同一个人工合成油菜亲本的三个DH作图群体为研究材料，对其遗传变异进行全基因组鉴定，对SV的发生和遗传传递模式进行探究，利用全基因组测序数据检测出与SV相关的标记，并用于连锁作图以找回在常规分析中丢失的由SV贡献的遗传效应。

研究团队早期通过种间杂交，获得了具有75份埃塞俄比亚芥（B^cB^cC^cC^c）和122份白菜型油菜（A^rA^r）基因组成分导入的合成甘蓝型油菜（A^rA^rC^cC^c），以培育出新型甘蓝型油菜基因资源库，通过多代自交，选育出了数百个系谱各异的新型甘蓝型油菜自交系/DH系 （Zou et al. [1]），且这些株系与常规甘蓝型油菜（AⁿAⁿCⁿCⁿ）杂交具有很强的杂种优势（Hu et al. [2]）。该研究选择了一个新型甘蓝型油菜株系G3D001作为父本，分别与另外一个新型甘蓝型油菜株系HLL45、中国半冬性油菜品种宁油7号（NY7）和欧洲冬油菜品种Tapidor杂交，构建了三个共包含735个DH系的作图群体。细胞学分析和表型鉴定表明，新型甘蓝型油菜及其杂交DH后代都具有正常的花粉育性和结实性。

对两个新型甘蓝型油菜亲本G3D001和HLL45进行50~60× 全基因深度测序和83× 的三代ONT测序，发现两个亲本都具有较大的SV。在G3D001中检测到106 Mb的缺失和复制事件，其中还包含了染色体尺度的变异。例如，常规甘蓝型油菜具有2条A2和2条C2染色体，而G3D001则具有4条A2染色体，C2染色体完全缺失，构成了4A2:0C2核型。虽然G3D001染色体总数与常规甘蓝型油菜一致，该研究称其为“假整倍体”（pseudo-euploid）。此外，G3D001的A2和A5染色体很可能来自白菜的Ar2和Ar5染色体。在HLL45中检测到68.3 Mb的复制和缺失事件，其中96.9%为非对称的部分同源重组（HE）。例如，在C8染色体检测到一个6.83 Mb的缺失事件，而在与之同源的A9染色体的区段检测到一个5.18 Mb的复制事件，三代测序数据也进一步证明C8染色体末端被A9染色体末端替换。

随机抽取5×、10×、20×、30×、50×和60× 的亲本测序数据进行分析，发现不同深度的测序数据检测出的SV是一致的。因此，研究团队对735个DH系进行了低深度的5× 全基因组测序，并对其SV（>500 kb）进行鉴定，发现亲本的染色体数目变异、复制、缺失和HE在DH系中绝大多数都能按照预期比例稳定遗传和保留。例如，G3D001的4A2:0C2核型在HG和NG群体中符合1:1的分离比。

除遗传自亲本的SV外，该研究还在245、124和84个HG、NG和TG株系中共检测到761个新发生的SV（>500 kb）。大多数新SV的发生频率较低（0.35%~2.90%），主要分布在A2、A9、C9、C2、C6和A1染色体，长度在3 Mb以下最为常见，且SV发生的频率与其距离端粒的距离成反比。值得注意的是，研究也发现了一些高频出现的新SV，如HG群体中75%和36.4%的株系检测到了A2/C2和A9/C9的HE，而这些HE则是由HLL45亲本在A2/C2和A9/C9的HE引发的。此外，还检测到23个株系具有染色体数目变异，其中7个株系为假整倍体，这23个株系的结实性与其他整倍体无显著差异。基于以上结果，作者整理出亲本SV的传递和新SV产生的模式图，绝大多数大尺度SV甚至包括假整倍体在杂交后代中都能正常配对传递；2）杂交后代基因组以极低频率产生新生SV或假整倍体，没有明显的A、C基因组偏好性，主要由少数部分同源染色体间的HE或剂量补偿所贡献；3）亲本SV能诱发杂交后代邻近区域产生高频的新生SV。

考虑到G3D001和HLL45具有复杂的基因组结构，利用常规的单参考基因组方法和缺失标记过滤方法将会造成亲本和群体中大量SV相关标记的丢失，因此该研究在基因分型时，首先利用甘蓝型油菜NY7基因组（Zou et al. [3]）为参考，获得甘蓝型油菜标记；而未比对到NY7基因组的序列，则通过比对到白菜、甘蓝、黑芥和埃塞俄比亚芥（Niu et al. [4]）基因组上，获得外源导入标记；其次，按照亲本基因型、群体株系基因型及其分离比，将以往会被过滤掉的高缺失率标记和高杂合标记，定义为PAV和hemi标记；使用甘蓝型油菜标记构建了三个群体的v1图谱，在此基础上加入PAV、hemi和外源导入标记，构建了三个群体的v2图谱。结果表明，v2图谱能够定位到更多的基因组区段和SV，包括缺失、复制、易位和外源导入片段，利用三个图谱共有一个父本的优势，将三个图谱整合后，还能检测到单个图谱无法检测到的SV。对TG群体进行2年15个性状的表型考察，QTL定位结果显示， v2图谱除检测到与v1图谱重叠的QTL外，还检测到28个包含特殊标记的v2图谱特异QTL，这些QTL可能与SV和外源导入密切相关，如QTL qPH.A3-1解释了9.44%的株高变异，且该QTL区间内具有白菜Ar外源导入。

综上所述，该研究基于大样本分离群体的分析证明频繁的大规模SV尤其是HE驱动了合成甘蓝型油菜的基因组多样性和可塑性，在高世代及其杂交后代中大尺度SV均能很好地遗传传递，并仍有低频率的新生SV发生但不影响其生长发育性能，而且这种发生频率与常规甘蓝型油菜中新生SV的发生频率已不相上下。由此可见，甘蓝型油菜基因组具有对各类SV宽广的包容性，包括假整倍体、大尺度的HE和缺失复制等；但SV不是随机产生的，主要体现在部分同源染色体间发生频繁的SV，尤其是A2/C2、A1/C1、A9/C9等，其类型主要以HE为主，亲本SV易于驱动邻近新生SV，并影响群体的偏分离。同时，作者提供了利用全基因组测序数据检测与SV相关标记的方法，并用于连锁作图以找回在常规分析中丢失的由SV贡献的遗传效应。这些结果为理解异源多倍体染色体碰撞导致的复杂基因组SV的发生及其遗传和分离模式提供了丰富的信息，并为从复杂基因组中充分挖掘基因组SV以构建性状-标记关联和在育种过程中利用人工合成多倍体SV提供了参考。

[1] Zou J, Hu D, Mason AS, Shen X, Wang X, Wang N, Grandke F, Wang M, Chang S, Snowdon RJ, Meng J. Genetic changes in a novel breeding population of Brassica napus synthesized from hundreds of crosses between B. rapa and B. carinata. Plant Biotechnology Journal, 2018, 16 (2) 507-519.

[2] Hu D, Zhao Y, Shen J, He X, Zhang Y, Jiang Y, Snowdon R, Meng J, Reif JC, Zou J. Genome-wide prediction for hybrids between parents with distinguished difference on exotic introgressions in Brassica napus, The Crop Journal, 2021, 9 (5) 1169-1178.

[3] Zou J, Mao L, Qiu J, Wang M, Jia L, Wu D, He Z, Chen M, Shen Y, Shen E, Huang Y, Li R, Hu D, Shi L, Wang K, Zhu Q, Ye C, Bancroft I, King G, Meng J, Fan L. Genome-wide selection footprints and deleterious variations in young Asian allotetraploid rapeseed, Plant Biotechnology Journal, 2019, 17 (10) 1998-2010.

[4] Niu Y, Liu Q, He Z, Raman R, Wang H, Long X, Qin H, Raman H, Parkin IAP, Bancroft I, Zou J. A Brassica carinata pan-genome platform for Brassica crop improvement, Plant Communications, 2023, 5:100725.