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解锁百年进化谜题！中国科学家用一棵白菜破解“达尔文恼人之谜”

1720份白菜种质资源基因数据铺展开来，110个完整着丝粒结构图谱在显微镜下亮起，一个困扰科学界百年的进化谜题被中国科研团队一步步解开。

2026年2月5日，河北农业大学赵建军教授领衔的团队在国际顶尖学术期刊《Science》发表研究论文，从基因组层面给出了破解“达尔文恼人之谜”的中国实践。

这项研究以白菜为模型，系统揭示了被子植物快速适应与分化的核心遗传机制。这是河北农业大学首次在《Science》上发表论文。

01 科学之谜

达尔文曾提出一个被称为 “恼人之谜” 的问题：被子植物为何能在极短的地质时间内迅速崛起，并在白垩纪中期以来完成爆发式多样化？。

这一问题至今悬而未决。而看似普通的白菜，成为科学家眼中破解这一谜题的绝佳“钥匙”。

白菜是中国第一大蔬菜作物，在几千年间快速分化出众多亚种，形态各异却同属一个种。这种快速演化特性使其成为探究“达尔文之谜”的理想模式物种。

1.构建“白菜王国诸侯并立”的基因组版图：T2T 0 gap基因组+泛基因组

02 精细图谱

为解开这一谜题，研究团队展开了大规模工作。他们对1720份不同亚种的白菜材料进行了基因组重测序，全面涵盖了这一物种的遗传多样性。

在众多材料中，团队精选出11份代表性材料，综合利用PacBio HiFi、Nanopore超长读长、Hi-C等先进测序技术，成功组装出 “端粒到端粒”无间隙基因组。

这项技术使科学家能够完整获取基因组中所有信息，包括传统测序难以解析的区域。团队在此基础上挖掘出6992个新基因，并绘制出110个完整的着丝粒结构图谱。

2.解析“白菜王国诸侯并立，并共同维护王国秩序”的核心枢纽：着丝粒+结构变异

03 机制解析

研究的核心突破在于首次系统阐明白菜亚种快速分化的内在驱动力。

团队通过自主研发白菜CENH3特异抗体并进行ChIP-seq实验，在国际上首次完整绘制出白菜所有10条染色体上的110个着丝粒结构图谱，并发现了5种全新的白菜特有着丝粒卫星重复序列。

基于此，团队构建了覆盖31份材料的全基因组结构变异图谱，鉴定出超过27万条结构变异。

研究原创性地提出了驱动白菜快速演化的 “结构变异-亚种特异基因-着丝粒模块”三元协同模型：广泛存在的结构变异与亚种特异基因共同决定了丰富的表型多样性，而着丝粒的模块化动态重塑则在维持基因组稳定的同时，为创新变异提供“安全试验场”。

04 育种突破

研究不仅在基础科学领域取得突破，更直接服务于农业生产实践。

利用1720份材料进行基于多类型变异的泛基因组全关联分析，团队成功将控制大白菜核心商品性状——叶球形成的遗传位点，精准锁定在A07染色体上的基因BrLH1。

功能验证表明，BrLH1是调控叶球形成的关键基因。它通过编码一个多C2结构域跨膜蛋白，与受体激酶等互作，精确调控叶片生长方向与空间排列，最终塑造出紧实的叶球。

这一发现的育种价值显而易见。对于不结球的白菜品种，可以通过编辑这一“开关”基因，培育出结球性状的新品种；反之，对于已经结球的品种，也可以通过基因编辑改良叶球的紧实度、大小和形状。

05 国际评价

这项研究获得了《Science》审稿人的一致高度评价，被认为是“芸薹属基因组研究领域一次里程碑式的飞跃”。

审稿人特别指出，该团队构建的资源体系 “将成为整个领域的重要基石” ，构建的0间隙基因组与泛基因组资源“树立了群体基因组学研究的新标杆”。

中国工程院院士邹学校在专家点评中指出：“这些结果为深入理解芸薹属基因组结构的形成与重塑提供了坚实的理论依据。挖掘出一大批与叶球形成、根部膨大、春化开花等关键农艺性状相关的结构变异，为今后开展分子设计育种和性状精准改良提供了精准的分子靶点。”

当研究团队将最后一份白菜基因数据录入系统，1720份种质资源的遗传密码汇聚成一张完整的“生命地图”。

从大白菜的紧实叶球到小白菜的舒展叶片，从芜菁的膨大根部到菜心的鲜嫩菜薹，这些餐桌上的寻常蔬菜，共同讲述着一个关于生命快速适应与分化的进化故事。

河北农业大学校园里，这项历史性突破的标志将在校史中永久记录。中国科学家从田间地头寻常可见的白菜入手，为百年科学谜题提供了具有全球影响力的解答。