作者:朱汉斌 陈芃辰 来源: 中国科学报 发布时间:2022-1-6
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云南!基因密码破解荔枝起源之谜

 

“岭丰糯”荔枝 华南农业大学供图

■本报记者 朱汉斌 通讯员 陈芃辰

“我们的研究提出荔枝‘一个起源中心、两个独立驯化事件’假说,证明了我国云南是世界荔枝起源中心,有助于消除荔枝可能起源于越南的认知。”1月4日,华南农业大学园艺学院研究员李建国对《中国科学报》表示。

当天,由华南农业大学牵头,联合广东省农业科学院、美国伊利诺伊大学香槟分校等单位合作完成的研究成果发表于《自然—遗传学》。这项荔枝基因密码的破译工作,将为未来荔枝功能基因组研究提供重要参考,对促进荔枝品种改良和产业高质量发展具有重要意义。

破译荔枝基因密码

荔枝产业是我国南方亚热带地区的重要产业,而产业发展离不开科技支撑。中国科学院院士、华南农业大学教授刘耀光指出,解码荔枝基因组,不仅能全面提升对荔枝重要经济性状形成机制的认知,研发相应的育种和栽培调控技术,还能为推动其他无患子科植物如龙眼的相关研究提供参考。

科学家利用二代Illumina、三代PacBio、Hi-C和10XGenomics等最新基因组测序数据,通过优化基因组组装策略,完成“妃子笑”荔枝基因组假染色体水平的组装,组装完整度BUSCO评估96.2%;同时完成基因组编码基因的结构注释,得到31896个结构基因,是目前无患子科植物中组装质量最高的基因组。

科学家利用72份荔枝资源重测序数据,鉴定到3.88M高质量的SNPs位点,提出了荔枝“一个起源中心、两个独立驯化事件”假说。

“云南是野生荔枝的起源中心,它沿着西江传播,在海南形成野生荔枝种群一个主要栖息地;此后,云南和海南野生荔枝分别独立驯化为特早熟和晚熟品种,再进一步杂交形成早熟与中熟品种。”李建国表示,在云南,人工栽培驯化后培育出特早熟荔枝品种;云南的野生荔枝沿西江流域向东和向南传播到海南岛后,在环境变化影响下发生独立的驯化事件,产生了晚熟性状。

野生荔枝在云南、海南得到驯化,为何广东会成为荔枝生产第一大省?李建国告诉记者,现有的包括“妃子笑”在内的多个荔枝早熟、中熟品种,可能由来自云南、海南的品种在广东等地相遇后杂交而成。它们因基因组高度杂合而具有更强的杂种优势,形成更好的经济性状。广东气候条件、土壤环境适宜,产生了众多优良的荔枝主栽品种,从而成为我国最重要的荔枝产区。

发现成熟期调控目标基因

荔枝生产中时常出现果品季节性过剩,严重影响经济效益。“出现这一问题的根本原因是荔枝中熟品种多,加之两广为中纬度的中熟产区,开花期集中,导致果实成熟期相近,在短时间内集中上市。”国家荔枝龙眼产业技术体系首席科学家、华南农业大学研究员陈厚彬说。

该论文还对荔枝开花的调控机制进行了系统研究,发现荔枝中一段特定的DNA序列缺失,可能是导致不同花期形成的重要因素。这一段DNA片段缺失出现在一对CONTANS-like(COL)基因之间,它可能通过调控这两个COL基因的表达,从而影响荔枝开花时间。

“这一段DNA序列缺失与荔枝花期早晚关系密切。来源于云南的特早熟品种基因组有这个缺失,但来源于海南的晚熟品种没有。而‘妃子笑’作为特早熟和晚熟的杂交种,则是‘杂合’的缺失,也就是说两条同源染色体中其中一条(来源于特早熟的父本)有这个缺失,而另外一条(来源于晚熟的母本)没有。这也正好与‘妃子笑’的开花期在特早熟和晚熟之间相对应。”论文共同通讯作者、华南农业大学教授夏瑞说。

基因组是植物性状形成的“导航图”。这个DNA序列缺失可以开发为简便的分子标记,用于不同开花期荔枝品种的选育。这对荔枝花期和成熟期性状的选育种工作非常有价值,因为荔枝易腐烂、难贮存,选育更多极早或极晚开花的荔枝新品种对延长上市期、减少季节性销售压力、提升种植效益具有重要意义。

接“荔”传承

“高质量荔枝参考基因组测序工作的完成,标志着荔枝研究将全面进入功能基因组大数据时代,相信未来基于荔枝基因组大数据开展的研究会越来越多、水平越来越高,对产业的推动作用也会越来越大。”论文第一作者、华南农业大学教授胡桂兵评价道。

据悉,华南农业大学在荔枝研究方面具有雄厚的根基。经过老中青三代人近40年的接力攻关,育成了“冰荔”“观音绿”“岭丰糯”等新品种19个;发表高水平论文300多篇、出版《荔枝学》等专著11本、授权发明专利15件;获得省部级以上奖励16项。

“我们目前正在与国内外多个研究团队合作,旨在以荔枝基因组研究为基础,对更多原产于我国、具有重要经济性状的无患子科作物开展基因组方面的研究,如龙眼、红毛丹、无患子(皂荚)、倒地铃等。”夏瑞说。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41588-021-00971-3

《中国科学报》 (2022-01-06 第1版 要闻)
 
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