作者:Jun Wu et al. 来源:Genome Biology 发布时间:2018/6/13 13:01:20
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南京农业大学梨课题组揭示亚洲梨和西洋梨的分化与独立驯化

论文题目:Diversification and independent domestication of Asian and European pears

作者:Jun Wu et al.

发表时间:2018/6/11

数字识别码:10.1186/s13059-018-1452-y

摘要:

Background

Pear (Pyrus) is a globally grown fruit, with thousands of cultivars in five domesticated species and dozens of wild species. However, little is known about the evolutionary history of these pear species and what has contributed to the distinct phenotypic traits between Asian pears and European pears.

Results

We report the genome resequencing of 113 pear accessions from worldwide collections, representing both cultivated and wild pear species. Based on 18,302,883 identified SNPs, we conduct phylogenetics, population structure, gene flow, and selective sweep analyses. Furthermore, we propose a model for the divergence, dissemination, and independent domestication of Asian and European pears in which pear, after originating in southwest China and then being disseminated throughout central Asia, has eventually spread to western Asia, and then on to Europe. We find evidence for rapid evolution and balancing selection for S-RNase genes that have contributed to the maintenance of self-incompatibility, thus promoting outcrossing and accounting for pear genome diversity across the Eurasian continent. In addition, separate selective sweep signatures between Asian pears and European pears, combined with co-localized QTLs and differentially expressed genes, underline distinct phenotypic fruit traits, including flesh texture, sugar, acidity, aroma, and stone cells.

Conclusions

This study provides further clarification of the evolutionary history of pear along with independent domestication of Asian and European pears. Furthermore, it provides substantive and valuable genomic resources that will significantly advance pear improvement and molecular breeding efforts.

南京农业大学园艺学院张绍铃教授团队近日在期刊Genome Biology在线发表了研究论文“Diversification and independent domestication of Asian and European pears”。文章不仅揭示了梨的起源、传播路径,同时发现了亚洲梨与西洋梨的分化和独立驯化事件。

梨属于蔷薇科,是世界性栽培的重要果树,其栽培历史可以追溯到3000多年前。梨的种质资源较为丰富,但是由于其表现典型的自交不亲和性,品种资源间存在广泛的基因交流和遗传重组,对不同种的分化和遗传关系一直未有清楚的认知。为探明梨的起源、传播与驯化特征,项目组收集了来自五大洲的26个国家共113份代表性梨种质资源,进行了重测序和群体遗传分析。研究结果揭示了梨起源于中国的西南部,经过亚欧大陆传播到中亚地区,最后到达亚洲西部和欧洲;有趣的是,该研究结果显示,亚洲梨和西洋梨的栽培种曾经发生过种间杂交,从而形成了一个新的栽培种——新疆梨(以‘库尔勒香梨’为代表),该种间杂交事件的发生很可能与2000多年前丝绸之路的文化物资交流有关。

图1 基于重测序的梨群体遗传关系和基因交流

研究发现不同来源的梨品种资源总体分为亚洲梨和欧洲梨两大组。其中,欧洲梨遗传背景相对简单、遗传多样性低,可分为野生种与栽培种组群;而亚洲梨遗传组成复杂,表现出较高的遗传多态性,并且野生与栽培种形成多个亚组。亚洲梨与西洋梨的分化时间大约在6.6 -3.3百万年以前,群体驯化研究进一步揭示了两大组群受选择区域的显著差异,支持了东、西方梨的独立驯化事件,从而第一次从遗传水平上解答了两个种群在果实品质等生物学性状上的显著差异。此外,研究还发现了梨的花柱S-RNase基因快速进化和平衡选择有利于保持自交不亲和性,从而促进了梨的异交和高度遗传多样性。该研究不仅完善了梨的起源、传播和驯化相关基础理论,也为开展梨的遗传改良和分子育种研究提供了宝贵的基因组遗传信息。

图2 梨主要栽培种的驯化与分化关系

该研究成果以南京农业大学为第一完成单位,南京农业大学张绍铃教授为通讯作者,吴俊教授为第一作者;河北省农科院石家庄果树研究所王迎涛研究员、华大基因徐加豹、美国伊利诺伊大学香槟校区Schuyler S.Korban教授和美国康奈尔大学费章君教授、南京农业大学陶书田副教授为共同第一作者。

第一作者:吴俊教授 南京农业大学园艺学院/作物遗传与种质创新国家重点实验室,国家杰出青年基金获得者,国家梨产业技术体系育种岗位科学家,主要从事梨的基因组、种质资源和分子育种等方面的研究。

通讯作者:张绍铃教授,南京农业大学园艺学院/作物遗传与种质创新国家重点实验室,国家梨产业技术体系首席科学家,全国优秀科技工作者,国务院特殊津贴专家,南京农业大学园艺学院学术委员会主任委员、果树学科负责人;南京农业大学梨工程技术研究中心主任。主要从事梨种质资源与遗传育种,梨自交不亲和性机理,基因组与功能基因,品质形成机制与调控等方面的研究。

阅读原文https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-018-1452-y(来源:科学网)

 
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