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荔枝基因组研究讲述了一个关于古老热带水果的驯化往事

2022-01-04 06:00:55 cnBeta.COM
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图为正在被研究的妃子笑荔枝

荔枝自古以来就在中国种植,其种植记录可以追溯到大约2000年前。新鲜的荔枝是一个令人向往的对象,以至于在唐代,一位皇帝设立了一个专门的马队,将荔枝从远在南方的收成中(现在被认为是四川)运送到位于长安的皇宫。

现在,科学家们已经利用基因组学更深入地研究了荔枝的历史。在这个过程中,他们也发现了可能有助于塑造该物种的未来的见解。

华南农业大学(SCAU)园艺学院教授、该研究的资深作者李建国博士说:"荔枝是无患子科(枫树和七叶树)中一种重要的热带农业作物,它是亚洲东部地区种植的最有经济意义的水果作物之一,对中国南部农民的年收入来说尤其如此。通过对野生和栽培的荔枝品种进行测序和分析,我们能够追溯荔枝的起源和驯化历史。我们证明,极早熟和晚熟的栽培品种分别来自云南和海南的独立人类驯化事件"。

"此外,我们发现了一个特定的遗传变体,即一段被删除的遗传物质,它可以被开发为一个简单的生物标记,用于筛选具有不同开花时间的荔枝品种,为未来的育种计划做出重要贡献,"华南理工大学同一学院的教授、该研究的另一位资深作者夏瑞博士补充道。

水牛城大学进化生物学家Victor Albert博士说:"就像一个拼图,我们正在拼凑人类对荔枝的历史,"他也是该研究的资深作者。"这些是我们的研究讲述的主要故事。荔枝的起源,有两个独立的驯化的想法,以及发现了一个基因缺失,我们认为它导致不同品种在不同时间结果和开花"。

该研究将于今天(2022年1月3日)发表在《自然-遗传学》上。该研究由南华大学牵头,与来自中国、美国、新加坡、法国和加拿大的一个大型国际团队合作进行。

高级作者是来自华南理工大学的夏锐(音译,下同)、李建国和陈厚斌;伊利诺伊大学香槟分校的Ray Ming;以及来自纽约大学的Victor Albert。第一作者是南华大学的胡桂兵、冯俊庭、刘成明和吴振贤;广东省农业科学院的徐翔;中国热带农业科学院的王家宝;以及南洋理工大学的Jarkko Salojärvi。

为了进行这项研究,科学家们为一种名为"妃子笑"的流行荔枝栽培品种制作了高质量的"参考基因组",并将其DNA与其他野生和养殖品种的DNA进行比较。(所有的栽培品种都属于同一物种,即荔枝)。

研究表明,荔枝树(Litchi chinensis)可能被驯化过不止一次。分析表明,野生荔枝起源于中国西南部的云南,向东和向南传播到海南岛,然后在这两个地方分别被独立驯化。

在云南,人们开始培育开花很早的品种,而在海南,则是晚开花的品种,在一年中的晚些时候结果。最终,这两个地区的栽培品种之间的杂交导致了杂交品种的出现,包括像"妃子笑"这样的品种今天仍然非常受欢迎。

这些事件的确切时间还不确定。例如,该研究表明,一个里程碑式的事件,即云南和海南的L. chinensis种群之间的进化分裂,发生在驯化之前,可能发生在18000年前左右。但这只是一个估计;其他解决方案也是可能的。尽管如此,该分析还是为荔枝的进化史及其与人类的联系提供了一个迷人的视角。

这项研究不仅为荔枝的历史增添了新的篇章;它还深入研究了开花时间,这是农业中一个极为重要的特征。

"早熟荔枝与晚熟荔枝来自不同的地方,并被独立驯化,"纽约州立大学水牛城分校的帝国创新生物科学教授阿尔伯特博士说。"这本身就是一个有趣的故事,但我们也想知道是什么导致了这些差异。为什么这些品种会在不同的时间结果和开花?"

通过比较许多荔枝品种的DNA,研究小组发现了一个遗传变体,可以用来创建一个简单的测试,以识别早开和晚开的荔枝植物。

该变体是一个缺失--一大块缺失的DNA--位于两个与开花有关的基因附近,并可能有助于控制其中一个或两个基因的活动。

开花很早的云南品种有这种缺失,从双亲那里继承了这种缺失。晚熟的海南品种则完全没有这个基因。妃子笑是一个杂交品种,来自这两个地区品种的DNA数量几乎相等,它的缺失是"杂合"的,也就是说,它只有一个来自父母一方的拷贝。这是有道理的,因为妃子笑开花早,但不是极早。

"这对育种者来说非常有用。"阿尔伯特说:"因为荔枝是非常易腐烂的,开花时间对于延长荔枝在市场上的销售季节非常重要。"

SCAU的团队启动了荔枝基因组研究,作为一个更大的项目的一部分,该项目希望极大地扩展我们对同属无患子科的重要开花植物DNA的了解。

"无患子是一个大科,包括许多具有经济价值的植物,"夏锐说。"到目前为止,只有其中的少数几个,包括荔枝、龙眼、红毛丹、黄角和枫香,有其完整的基因组测序。"

"华南理工大学园艺学院正在进行一个大型的合作项目,对更多原产于中国并具有经济意义的无患子物种进行测序,如红毛丹、无患子(皂角)和气球藤,旨在对无患子的基因组学进行广泛而彻底的比较研究,"夏补充说。主要的研究兴趣将是开花,导致风味和香味的次生代谢,花和果实的发育,等等。"

责任编辑:bH_03116

关键词: 科学探索 荔枝基因组研究讲述了一个关于古老热带水果的驯

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