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              12年解碼荔枝基因組 我國(guó)科學(xué)家找到荔枝起源于中國(guó)云南有力證據(jù)

              2022-01-13 16:23:54    來源:科技日?qǐng)?bào)

              “一騎紅塵妃子笑,無人知是荔枝來。”千百年來,荔枝都是備受人們喜愛的佳果。而它究竟是不是土生土長(zhǎng)的“中國(guó)果”?我國(guó)科學(xué)家花了整整12年時(shí)間解碼荔枝基因組,最近終于揭開其起源馴化面紗,找到荔枝起源于中國(guó)云南的有力證據(jù)。

              《自然·遺傳學(xué)》刊發(fā)了這一出自于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員李建國(guó)和教授胡桂兵所負(fù)責(zé)的荔枝基因組項(xiàng)目的研究成果。“基因組是植物性狀形成的‘導(dǎo)航圖’,解碼荔枝基因組,不僅能全面提升對(duì)荔枝重要經(jīng)濟(jì)性狀形成機(jī)制的認(rèn)知,研發(fā)相應(yīng)的育種和栽培調(diào)控技術(shù),還能為推動(dòng)其他無患子科植物,如龍眼的相關(guān)研究提供重要參考。”中國(guó)科學(xué)院院士劉耀光評(píng)價(jià)道。

              力證荔枝發(fā)源于我國(guó)云南

              集萬千寵愛于一身的荔枝佳果,在我國(guó)的栽培記錄可追溯到2300多年前。它的美味讓無數(shù)人為之傾倒。

              可是,圍繞荔枝也有不少爭(zhēng)議:有人說它的出生地并非在中國(guó)云南;農(nóng)戶嫌它大小年結(jié)果現(xiàn)象突出,導(dǎo)致供應(yīng)鏈不穩(wěn);科學(xué)家說它缺乏基因組序列信息,制約基礎(chǔ)研究的深度。

              “相比于柑橘、蘋果、桃等其他大宗水果,荔枝在基礎(chǔ)研究水平上的差距較大,且育種技術(shù)落后。破譯荔枝基因組密碼,對(duì)開發(fā)新的育種技術(shù),促進(jìn)基礎(chǔ)研究具有重要作用。”研究人員表示。

              12年前,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院研究員李建國(guó)所在的科研團(tuán)隊(duì)決定破譯荔枝基因組密碼,揭開其起源馴化面紗。“在沒有基因組的時(shí)代,哪個(gè)地方生長(zhǎng)有野生荔枝,它可能就被認(rèn)為是起源中心。最初在我國(guó)南部發(fā)現(xiàn)了野生荔枝,可后來在越南也發(fā)現(xiàn)有野生荔枝,究竟哪里才是荔枝真正的出生地呢?”李建國(guó)說。

              科研團(tuán)隊(duì)從眾多荔枝中挑選出妃子笑作為研究對(duì)象,“因?yàn)樗俏覈?guó)栽培范圍最廣、產(chǎn)量最高、鮮果銷售期最長(zhǎng)的一個(gè)主栽品種。”研究人員說。研究中,科研團(tuán)隊(duì)利用二代Illumina、三代PacBio、Hi-C和10XGenomics等最新的基因組測(cè)序數(shù)據(jù),通過優(yōu)化基因組組裝策略,完成妃子笑荔枝基因組假染色體水平的組裝。

              “令我們想不到的是,妃子笑基因組的雜合度高達(dá)2.27%,這在植物中非常少見。雜合度高為項(xiàng)目前期的基因組組裝帶來了很大的挑戰(zhàn)。”華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院院長(zhǎng)胡桂兵感嘆道。

              最終,科研團(tuán)隊(duì)利用72份荔枝資源重測(cè)序數(shù)據(jù),鑒定到高質(zhì)量的SNPs位點(diǎn),提出了荔枝“一個(gè)起源中心、兩個(gè)獨(dú)立馴化事件”假說。

              “云南是野生荔枝的起源中心,它沿著西江傳播,在海南形成野生荔枝種群的一個(gè)主要棲息地;此后,云南和海南野生荔枝分別獨(dú)立馴化為特早熟和晚熟品種,特早熟品種和晚熟品種再進(jìn)一步雜交形成早熟與中熟品種。”李建國(guó)打趣道,“我們發(fā)現(xiàn)妃子笑中的兩個(gè)單倍體基因組,一個(gè)和云南野生荔枝是一家人,另一個(gè)和海南野生荔枝是一家人。”

              有望解決荔枝產(chǎn)期短的問題

              在解決荔枝“我從哪里來”的重大問題的同時(shí),科研團(tuán)隊(duì)還解鎖了荔枝鮮果成熟期高度集中、保鮮期短、季節(jié)性過剩嚴(yán)重的調(diào)控機(jī)制。

              荔枝鮮果上市主要在5至7月,比較集中。“這一問題出現(xiàn)的根本原因是荔枝中熟品種多,加之兩廣為中緯度的中熟產(chǎn)區(qū),開花期集中,這導(dǎo)致果實(shí)成熟期相近,在短時(shí)間內(nèi)集中上市。”國(guó)家荔枝龍眼產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員陳厚彬說。

              在研究中,他們從基因組層面對(duì)荔枝開花調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,發(fā)現(xiàn)荔枝中一段特定的DNA序列缺失,可能是導(dǎo)致荔枝不同花期形成的重要因素。“這一段DNA序列缺失與荔枝花期早晚關(guān)系緊密。”華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授夏瑞闡釋道,“來源于云南的特早熟品種基因組有這個(gè)缺失,但海南的晚熟品種中沒有這個(gè)缺失。而妃子笑作為特早熟和晚熟的雜交種,則是‘雜合’的缺失。”他解釋,妃子笑的兩條同源染色體中,一條(來源于特早熟的父本)有這個(gè)缺失,而另外一條(來源于晚熟的母本)沒有這個(gè)缺失,這也正好與妃子笑的開花期在特早熟和晚熟之間相對(duì)應(yīng)。

              “開花期和成熟期是荔枝品種最重要的特征。這個(gè)DNA序列缺失可以開發(fā)為簡(jiǎn)便的分子標(biāo)記,用于不同開花期荔枝品種的選育。這對(duì)于把荔枝產(chǎn)期從過去的2個(gè)月延長(zhǎng)至4個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間,減少鮮果季節(jié)性銷售壓力,提升荔枝種植效益非常重要。”陳厚彬表示,借助荔枝全基因組信息,未來結(jié)合更大范圍資源收集、重測(cè)序和其他多維組學(xué)技術(shù),可以揭示荔枝一些復(fù)雜經(jīng)濟(jì)性狀形成的遺傳規(guī)律和分子調(diào)控機(jī)制,為破解某些優(yōu)質(zhì)荔枝品種低產(chǎn)與“大小年”結(jié)果及改善果實(shí)貯藏性提供技術(shù)研發(fā)新思路。(葉青 陳芃辰)

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