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野生橘基因组和驯化历史研究取得新进展

中国南方南岭山附近野生柑橘驯化模式示意图

南湖网讯(通讯员王伦)近日,我校邓秀新院士带领的柑橘团队在国际学术期刊《分子植物》上在线发表了一篇题为《野生柑橘基因组与柑橘驯化史》的研究论文。本研究完成了野生橙“莽山野生橙”的基因组组装和种群分析,分析了柑橘驯化的分子基础和特征,提出水果中柠檬酸的减少是柑橘驯化最显著的特征。本文的第一作者是博士生王伦,通讯作者是徐强教授。

柑橘是柑橘的三大基本品种之一。它在中国有悠久的栽培历史。根据《禹贡》记录,大约4000年前,夏朝把产于湖南、湖北、江苏、安徽和江西的橘子列为大禹治水的贡品。屈原的书《橘颂》把橘子列为他精神食粮的高雅和高贵的水果。然而,《史记苏秦传》“气会导致鱼和盐的海洋,楚会导致橙和柚的花园”,《史记货殖列传》“韩曙江陵钱树橙”和“它们都与前胡后有关”都指出柑橘生产对楚(今湖北、湖南)人民生活、农业发展甚至社会地位都有很大价值。栽培的柑橘酸甜可口,营养丰富,易去皮,深受人们喜爱。

中国有丰富的本地柑橘资源和野生柑橘资源,但世界上对柑橘的起源和驯化有不同的看法。本研究采集了中国南岭附近的野生橙和栽培橙种群,特别是生长在邙山地区的湘南邙山野生橙林。表现出极高柠檬酸、古树名木、果实小、遗传背景纯合等原始品种的特点,可作为柑橘的代表品种。莽山野生橙基因组的组装和分析进一步完成。基因组大小为334.2Mb,预测的基因数量为28,820个,与其他测序柑橘基因组特征相似。通过独立开发的基因组背景分析方法,发现大多数栽培柑橘或多或少具有葡萄柚遗传成分的逐渐渗透。此外,在野生柑橘基因组中发现少量其他野生柑橘成分的渗透,约占基因组的1.77%。利用PSMC模型研究柑橘进化过程中有效种群的变化。发现其中一个柑橘栽培组在进化过程中有两个群体瓶颈效应,而另一个栽培组只经历了一个瓶颈效应,休厄尔莱特(sewall wright)继续下降,这与葡萄等其他多年生果树具有相似的群体进化特征。

通过群体比较,发现中国柑橘栽培有两个独立的驯化事件,大致分布在南岭山脉的南部和北部,表明柑橘群体在不同地区有独立的选择和驯化方向。南岭北部的柑桔具有果实大、颜色红、果实中含有柠檬酸等特点。南岭南部的柑橘果实小,颜色黄,柠檬酸含量低。然而,栽培橙果实中柠檬酸的减少是驯化过程中与野生橙相比最明显的特征,而野生橙与栽培橙总糖含量的差异不明显,这与传统的理解不同。传统观点认为水果驯化主要增加水果的含糖量,酸的减少是搭便车效应。结果表明,酸的显著减少是柑橘近期驯化的最显著特征,表明柑橘的驯化可能是逐步进行的,果实含糖量的增加可能更早。

为了分析柑橘驯化过程中柠檬酸显著变化的原因,基于基因组中受人工选择信号影响的区域,结合野生柑橘、栽培柑橘果实和叶片转录数据的比较,发现了一些与柑橘驯化过程中柠檬酸代谢变化相关的潜在基因,其中ACO基因(编码顺乌头酸酶)是最有可能与柑橘果实中柠檬酸变化相关的基因。

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