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【科學網】國產獼猴桃有望進入“精準設計育種”時代

發表日期:2023-01-17來源:武漢植物園放大 縮小

  在耕地面積有限的情況下,大幅提高農作物產量和品質是保證農業安全的必然途徑。隨著我國農業大數據與現代生物技術的應用,越來越多的物種進入育種4.0即精準設計育種時代。作為我國重要果業資源的獼猴桃產業也面臨著從高產量向高品質的轉變。近日中科院武漢植物園研究團隊與北京大學現代農業研究院合作,在獼猴桃高維生素C、糖酸及抗性性狀方面開展深入研究,為我國獼猴桃進入精準設計育種時代打下基礎。相關成果相繼發表在《分子植物》和《新植物學家》等雜志上。

  獼猴桃原產國成為產業和科研大國 

  獼猴桃是一種具有重要營養價值的水果,因其風味甜美、富含維生素C而被稱為“維C之王”。新西蘭上世紀初開始了獼猴桃培育和種植,在獼猴桃科學研究和國際貿易中長期處于引領地位。我國從上世紀七十年代末開始零星種植,歷經四十年的的發展,我國獼猴桃收獲面積和產量分別達到18.26萬公頃和219.67萬噸,均占世界總產量和栽種面積的一半以上。

  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。雖然我國獼猴桃文字記載的歷史千年有余,但研究和產業發展都長期落后于新西蘭、意大利等獼猴桃科研、生產大國。目前獼猴桃基礎研究與分子育種主要受限于為數不多的可利用基因組資源——目前僅有中華獼猴桃和毛花獼猴桃發表了基因組,制約了我國獼猴桃基因組學研究與遺傳改良。

  高質量獼猴桃基因組解開多個未解之謎 

  研究團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權的中華獼猴桃優良品種“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建物種進化樹,推斷了闊葉獼猴桃與中華獼猴桃的分歧時間在大約839萬年前。在此期間,有189 個基因家族經歷了顯著的基因倍增,而58個基因家族經歷了基因丟失。這些基因家族的擴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。研究發現,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。

  為獼猴桃邁入精準設計育種時代打基礎 

  研究人員發現,與闊葉獼猴桃相比,東紅獼猴桃具有顯著更高的甜度??茖W家從東紅中鑒定出一個蔗糖轉運蛋白基因,具有與甜味相關的蔗糖含量顯著相關的表達模式,科學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,科學家對系統鑒定了獼猴桃屬四十余個物種的維生素C含量,發掘了獼猴桃維生素C合成的關鍵基因,揭示了調控獼猴桃維生素C合成的GBF3- MYBS1-GGP3分子模塊,加深了對獼猴桃Vc合成的生理以及分子機制理解,為高維C果蔬種質創新提供了新的科學依據。

  中科院武漢植物園研究員李大衛向《中國科學報》記者介紹,這就好比建一座大樓,首先要打好打牢基礎,因此需要獼猴桃高質量的基因組,從中發掘具有重要功能的基因闡明它們的功能,為獼猴桃的精準設計育種提供依據、打下基礎。目前在科學家的聯合推動下,國產獼猴桃有望進入“精準設計育種”時代。

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