“一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。”千百年來，荔枝都是備受人們喜愛的佳果。而它究竟是不是土生土長的“中國果”?我國科學(xué)家花了整整12年時間解碼荔枝基因組，最近終于揭開其起源馴化面紗，找到荔枝起源于中國云南的有力證據(jù)。
《自然·遺傳學(xué)》刊發(fā)了這一出自于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員李建國和教授胡桂兵所負(fù)責(zé)的荔枝基因組項(xiàng)目的研究成果。“基因組是植物性狀形成的‘導(dǎo)航圖’，解碼荔枝基因組，不僅能全面提升對荔枝重要經(jīng)濟(jì)性狀形成機(jī)制的認(rèn)知，研發(fā)相應(yīng)的育種和栽培調(diào)控技術(shù)，還能為推動其他無患子科植物，如龍眼的相關(guān)研究提供重要參考。”中國科學(xué)院院士劉耀光評價道。
力證荔枝發(fā)源于我國云南
集萬千寵愛于一身的荔枝佳果，在我國的栽培記錄可追溯到2300多年前。它的美味讓無數(shù)人為之傾倒。
可是，圍繞荔枝也有不少爭議：有人說它的出生地并非在中國云南;農(nóng)戶嫌它大小年結(jié)果現(xiàn)象突出，導(dǎo)致供應(yīng)鏈不穩(wěn);科學(xué)家說它缺乏基因組序列信息，制約基礎(chǔ)研究的深度。
“相比于柑橘、蘋果、桃等其他大宗水果，荔枝在基礎(chǔ)研究水平上的差距較大，且育種技術(shù)落后。破譯荔枝基因組密碼，對開發(fā)新的育種技術(shù)，促進(jìn)基礎(chǔ)研究具有重要作用。”研究人員表示。
12年前，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院研究員李建國所在的科研團(tuán)隊(duì)決定破譯荔枝基因組密碼，揭開其起源馴化面紗。“在沒有基因組的時代，哪個地方生長有野生荔枝，它可能就被認(rèn)為是起源中心。最初在我國南部發(fā)現(xiàn)了野生荔枝，可后來在越南也發(fā)現(xiàn)有野生荔枝，究竟哪里才是荔枝真正的出生地呢?”李建國說。
科研團(tuán)隊(duì)從眾多荔枝中挑選出妃子笑作為研究對象，“因?yàn)樗俏覈耘喾秶顝V、產(chǎn)量最高、鮮果銷售期最長的一個主栽品種。”研究人員說。研究中，科研團(tuán)隊(duì)利用二代Illumina、三代PacBio、Hi-C和10XGenomics等最新的基因組測序數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化基因組組裝策略，完成妃子笑荔枝基因組假染色體水平的組裝。
“令我們想不到的是，妃子笑基因組的雜合度高達(dá)2.27%，這在植物中非常少見。雜合度高為項(xiàng)目前期的基因組組裝帶來了很大的挑戰(zhàn)。”華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院院長胡桂兵感嘆道。
最終，科研團(tuán)隊(duì)利用72份荔枝資源重測序數(shù)據(jù)，鑒定到高質(zhì)量的SNPs位點(diǎn)，提出了荔枝“一個起源中心、兩個獨(dú)立馴化事件”假說。
“云南是野生荔枝的起源中心，它沿著西江傳播，在海南形成野生荔枝種群的一個主要棲息地;此后，云南和海南野生荔枝分別獨(dú)立馴化為特早熟和晚熟品種，特早熟品種和晚熟品種再進(jìn)一步雜交形成早熟與中熟品種。”李建國打趣道，“我們發(fā)現(xiàn)妃子笑中的兩個單倍體基因組，一個和云南野生荔枝是一家人，另一個和海南野生荔枝是一家人。”
有望解決荔枝產(chǎn)期短的問題
在解決荔枝“我從哪里來”的重大問題的同時，科研團(tuán)隊(duì)還解鎖了荔枝鮮果成熟期高度集中、保鮮期短、季節(jié)性過剩嚴(yán)重的調(diào)控機(jī)制。
荔枝鮮果上市主要在5至7月，比較集中。“這一問題出現(xiàn)的根本原因是荔枝中熟品種多，加之兩廣為中緯度的中熟產(chǎn)區(qū)，開花期集中，這導(dǎo)致果實(shí)成熟期相近，在短時間內(nèi)集中上市。”國家荔枝龍眼產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員陳厚彬說。
在研究中，他們從基因組層面對荔枝開花調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，發(fā)現(xiàn)荔枝中一段特定的DNA序列缺失，可能是導(dǎo)致荔枝不同花期形成的重要因素。“這一段DNA序列缺失與荔枝花期早晚關(guān)系緊密。”華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院教授夏瑞闡釋道，“來源于云南的特早熟品種基因組有這個缺失，但海南的晚熟品種中沒有這個缺失。而妃子笑作為特早熟和晚熟的雜交種，則是‘雜合’的缺失。”他解釋，妃子笑的兩條同源染色體中，一條(來源于特早熟的父本)有這個缺失，而另外一條(來源于晚熟的母本)沒有這個缺失，這也正好與妃子笑的開花期在特早熟和晚熟之間相對應(yīng)。
“開花期和成熟期是荔枝品種最重要的特征。這個DNA序列缺失可以開發(fā)為簡便的分子標(biāo)記，用于不同開花期荔枝品種的選育。這對于把荔枝產(chǎn)期從過去的2個月延長至4個月甚至更長時間，減少鮮果季節(jié)性銷售壓力，提升荔枝種植效益非常重要。”陳厚彬表示，借助荔枝全基因組信息，未來結(jié)合更大范圍資源收集、重測序和其他多維組學(xué)技術(shù)，可以揭示荔枝一些復(fù)雜經(jīng)濟(jì)性狀形成的遺傳規(guī)律和分子調(diào)控機(jī)制，為破解某些優(yōu)質(zhì)荔枝品種低產(chǎn)與“大小年”結(jié)果及改善果實(shí)貯藏性提供技術(shù)研發(fā)新思路。(葉青 陳芃辰)
