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华南农业大学破译荔枝基因密码 提出起源驯化假说

来源:光明日报客户端2022-01-05 15:44

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  近日,由华南农业大学李建国研究员和胡桂兵教授负责的荔枝基因组项目取得重要进展。华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室牵头,联合国内外多家单位合作完成的论文“Two divergent haplotypes from a highly heterozygous lychee genome suggest independent domestication events for early and late-maturing cultivars”(高杂合度荔枝基因组中两个不同单倍型表明早晚熟栽培品种各自独立驯化),于北京时间2022年1月4日发表于《自然—遗传学》(Nature Genetics)。该研究成果将为未来荔枝功能基因组研究提供重要的参考,对促进荔枝品种改良和产业高质量发展具有重要意义。

COL基因之间的DNA片段缺失

  作为最具岭南特色的佳果,荔枝起源中国,栽培记录可追溯到2300多年前。目前,荔枝产业是我国南方亚热带地区农业的重要支柱产业,2021年国内荔枝生产总产值达140亿元以上。广东是全国荔枝第一大省,面积和产量占“半壁江山”。

  基因组是植物性状形成的“导航图”,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重要参考。

  这项研究中,科学家们完成“妃子笑”荔枝基因组假染色体水平的组装,主要含15条假染色体序列,大小470 Mb,杂合度2.27%,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31,896个结构基因,注释完整度BUSCO评估94.8%,充分表明所获得的“妃子笑”荔枝基因组质量非常高。荔枝基因密码的破译将为未来荔枝功能基因组研究提供重要的参考。

  项目组利用72份荔枝资源重测序数据,鉴定到3.88 M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的一个主要栖息地;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,特早熟品种和晚熟品种再进一步杂交形成早熟与中熟品种。”华南农业大学园艺学院李建国研究员告诉记者,在云南,人工栽培驯化后培育出特早熟荔枝品种;而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。

  该论文从基因组层面对荔枝开花调控机制进行了系统性研究,发现荔枝中一段特定的DNA序列缺失,可能是导致荔枝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,因为CO基因是植物开花时间光周期调控通路中的一个关键基因。

  “这一段DNA序列缺失与荔枝花期早晚关系紧密。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中没有。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‘妃子笑’的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。”华南农业大学园艺学院教授夏瑞说。

  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。这对荔枝针对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荔枝上市季节、减少市场季节性销售压力、提升荔枝种植效益非常重要。

  “我们目前正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,对更多原产于我国的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,通过更广泛和更全面的比较基因组对比分析,对无患子科作物共性或特异性生物学问题进行探索性研究。”夏瑞补充道,“主要研究方向包括成花诱导、特殊风味和香味形成的次生代谢产物、花果发育调控机制等。”

  华南农业大学校长刘雅红表示,此次在《Nature Genetics》发表的高水平论文标志着学校荔枝研究达到了一个新的高度,预示着荔枝科研全面进入后基因组时代。

  (光明日报全媒体记者 雷爱侠)

[ 责编:李宜蒙 ]
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