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爱吃荔枝的人更有口福了!华农破译荔枝基因密码 未来荔枝产期有望延长

来源:广州日报     时间:2022-01-05 13:22:58

“世间珍果更无加,玉雪肌肤罩绛纱。”爱吃荔枝的人们,未来将更有口福了!

最近,华南农业大学园艺学院牵头,联合国家荔枝龙眼产业技术体系等国内外多家研究单位,合作完成了荔枝高质量基因组的测序和组装工作,解开了荔枝起源驯化的历史之谜,相关论文于北京时间1月4日发表于《自然-遗传学》(Nature Genetics)。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,未来荔枝产期有望延长。

提出荔枝“一个起源中心、两个独立驯化事件”假说

这篇中文名为《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》的论文,于北京时间2022年1月4日发表于《自然—遗传学》(Nature Genetics)。

这项研究由华南农业大学李建国研究员和胡桂兵教授负责,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,并联合广东省农业科学院、中国热带农业科学院、深圳华大基因研究院、新加坡南洋理工大学等国内外多家单位合作完成。论文的通讯作者包括华南农业大学李建国研究员、夏瑞教授和陈厚彬研究员等人。

这项研究中,科学家们利用最新的基因组测序数据,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;同时完成基因组编码基因的结构注释,得到31896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,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。

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?李建国表示,现有的包括“妃子笑”在内的多个荔枝早熟、中熟品种,可能来自云南、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具有更强的杂种优势,从而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。

揭示开花早晚的调控机制

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,种植面积和产量占全国“半壁江山”。2021年,广东制定荔枝产业高质量发展三年行动计划,逐步推动荔枝从“小特产”升级为“大产业”,以荔枝产业“小切口”推动农业产业“大变化”。

荔枝鲜果上市主要集中在每年的5月至7月,生产中时常出现果品季节性过剩,严重影响了荔枝种植的经济效益。“这一问题出现的根本原因是荔枝中熟品种多,加之两广地区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、华南农业大学陈厚彬研究员说。

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。

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,荔枝从端午节吃到中秋节不再是梦想。

(记者林霞虹 通讯员陈芃辰)

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