2023-02-01 15:54:25
在耕地面積有限的情況下，大幅提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)是保證糧食安全的必然途徑。隨著我國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的物種進(jìn)入育種4.0即精準(zhǔn)設(shè)計育種時代。
作為我國重要的果業(yè)資源，獼猴桃產(chǎn)業(yè)也面臨著從高產(chǎn)量向高品質(zhì)的轉(zhuǎn)變。近日，中科院武漢植物園研究團(tuán)隊與北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院合作，在獼猴桃高維生素C、糖酸及抗性性狀方面開展深入研究，為我國獼猴桃進(jìn)入精準(zhǔn)設(shè)計育種時代打下了基礎(chǔ)。相關(guān)成果相繼發(fā)表于《分子植物》和《新植物學(xué)家》。
獼猴桃原產(chǎn)國成為產(chǎn)業(yè)和科研大國
獼猴桃是一種具有重要營養(yǎng)價值的水果，因風(fēng)味甜美、富含維生素C而被稱為“維C之王”。新西蘭上世紀(jì)初開始了獼猴桃培育和種植，在獼猴桃科學(xué)研究和國際貿(mào)易中長期處于引領(lǐng)地位。
我國從上世紀(jì)70年代末開始零星種植獼猴桃，歷經(jīng)40年的發(fā)展，獼猴桃收獲面積和產(chǎn)量分別達(dá)到18.26萬公頃和219.67萬噸，均占世界總產(chǎn)量和栽種面積的一半以上。然而，我國獼猴桃研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展長期落后于新西蘭、意大利等獼猴桃科研、生產(chǎn)大國。
獼猴桃屬起源于中國，全屬共包含54個物種，其中52個主要分布于我國。但目前，獼猴桃基礎(chǔ)研究與分子育種主要受限于為數(shù)不多的可利用基因組資源——僅有中華獼猴桃和毛花獼猴桃發(fā)表了基因組，制約了我國獼猴桃基因組學(xué)研究與遺傳改良。
高質(zhì)量基因組解開多個未解之謎
研究團(tuán)隊選擇具有超高維生素C含量的闊葉獼猴桃，以及我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的中華獼猴桃優(yōu)良品種“東紅”作為研究對象，完成了兩個端粒至端粒無缺口獼猴桃基因組拼接，同時獲得了染色體級別的單倍型基因組。
通過保守的單拷貝同源基因構(gòu)建物種進(jìn)化樹，研究人員推斷闊葉獼猴桃與中華獼猴桃的分歧時間大約在839萬年前。在此期間，有189個基因家族經(jīng)歷了顯著的基因倍增，而58個基因家族經(jīng)歷了基因丟失。這些基因家族的擴(kuò)張與收縮可能與獼猴桃科特有的性狀，如更高的維生素含量、更大的果實型號等相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，維生素合成途徑基因在不同獼猴桃物種中分布較為保守，但其表達(dá)模式在高維生素C含量材料（闊葉）和低維生素C含量材料（東紅）中不完全相同。
為邁入精準(zhǔn)設(shè)計育種時代打基礎(chǔ)
研究人員發(fā)現(xiàn)，與闊葉獼猴桃相比，東紅獼猴桃具有明顯更高的甜度。科學(xué)家從東紅獼猴桃中鑒定出一個蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因，具有與蔗糖（甜味相關(guān)）含量顯著相關(guān)的表達(dá)模式?？茖W(xué)家通過多種方法驗證了該基因可能是紅心獼猴桃甜度增加的重要原因。
此外，科學(xué)家系統(tǒng)鑒定了獼猴桃屬40余個物種的維生素C含量，發(fā)掘了獼猴桃維生素C合成的關(guān)鍵基因，揭示了調(diào)控獼猴桃維生素C合成的GBF3- MYBS1-GGP3分子模塊。這加深了人們對獼猴桃維生素C合成的生理和分子機(jī)制的理解，為高維生素C果蔬種質(zhì)創(chuàng)新提供了新的科學(xué)依據(jù)。
中科院武漢植物園研究員李大衛(wèi)向《中國科學(xué)報》介紹，這就好比建一座大樓，首先是打好打牢基礎(chǔ)，因此需要獼猴桃高質(zhì)量基因組，從中發(fā)掘具有重要功能的基因并闡明它們的功能，為獼猴桃精準(zhǔn)設(shè)計育種提供依據(jù)、打下基礎(chǔ)。目前在科學(xué)家的聯(lián)合推動下，國產(chǎn)獼猴桃有望進(jìn)入精準(zhǔn)設(shè)計育種時代。（記者 李思輝）
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