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調控糖酸風味的遺傳密碼創造人們更喜歡的糖酸比

2021-06-22 15:31:28 來源：中國科學報

水蜜桃，不僅具有優質的風味，而且對世界現代桃品種遺傳改良做出了重要貢獻。然而，目前尚缺乏水蜜桃參考基因組，阻礙了對其進行遺傳研究和優異基因資源的挖掘和利用。“工欲善其事，必先利其器”，一個有代表性的高質量參考基因組，無疑可為桃風味改良提供強有力的工具。

近日，北京市農林科學院科研團隊公布了中國水蜜桃高質量參考基因組，闡釋了以水蜜桃為代表的優良品種對于全球桃育成品種的遺傳貢獻；進一步揭示了桃風味改良過程中，東、西方對甜度的趨同選擇和酸度的分化選擇模式，揭示了控制主要有機酸和可溶性糖的遺傳位點，解析了重要基因在果實蘋果酸和果糖積累中的功能。

這項研究提供了高質量參考基因組和豐富的遺傳資源，為進一步深入解析桃果實風味形成的遺傳機制，促進重要品質性狀的遺傳改良奠定了基礎。相關成果在線發表于《自然—通訊》。

中國桃的兩次“走出去”

桃屬薔薇科李屬桃亞屬落葉喬木果樹，其全球種植面積及產值居核果類之首。中國是全球最大的產桃國，約占世界總產量的62%。

“桃的故鄉在中國。現代桃95%以上品種都直接或間接與我國水蜜桃相關。”文章通訊作者、北京市農林科學院北京農業生物技術研究中心（以下簡稱生物中心）研究員謝華在接受《中國科學報》采訪時說。歷史上我國有兩次栽培桃“走出去”的關鍵時期，對世界桃優良品種的形成起到了重要作用。

第一次“從無到有”，通過古絲綢之路，從我國西部地區傳播到古波斯地區，后經亞歐大陸傳到歐洲，于公元16世紀由歐洲傳播至美洲大陸。第二次“從有助優”，從19世紀中葉開始，我國東部地區以中國水蜜桃為代表的優良品種通過海上絲綢之路傳播到日本及美洲地區，并且更大范圍地擴散至全球，拉開了桃現代品種選育和改良的序幕。

為揭示其果實重要農藝遺傳基礎，該研究團隊選取了中國水蜜桃代表材料之一的龍華水蜜，采用三代單分子測序，搭配Hi-C掛載的策略對龍華水蜜基因組進行組裝，獲得了高質量的參考基因組（基因組大小為257.2 Mb，Contig N50為5.17 Mb）。

相對于目前已有的桃參考基因組，該參考基因組具有更高的完整度和連續性，突破了已有的參考基因組在遺傳分析上的限制。“這個高質量的參考基因組將會對未來桃品質的研究產生更加深遠的影響。”謝華告訴《中國科學報》。

調控糖酸風味的遺傳密碼

桃從我國傳入世界各地以后，經過漫長的遺傳改良，在遺傳基礎的選擇上發生了改變，東、西方的桃品種在綜合風味品質上出現了分化。西方品種的口味主要偏向于酸甜風味類型，追求一定糖酸比下的酸甜可口的風味；而東方口味更偏向低酸高甜類型。

科研團隊利用564份桃基因組數據，通過群體結構結合糖、酸相關表型的分析發現，與酸風味的東、西方分化選擇不同，東、西方在追求甜度方面倒是默契的一致。

果實甜度是桃風味的重要決定因素。“果實中主要糖類有蔗糖、果糖、葡萄糖和山梨醇，我們基于全基因組分析，發現了多個控制果實主要糖類含量的QTLs位點及其遺傳效應，為桃風味遺傳改良提供了分子位點。”文章第一作者、生物中心助理研究員于洋在接受《中國科學報》采訪時說。

“在此之前，我們一直認為桃甜度遺傳改良中的‘主角’可能是蔗糖，但是通過遺傳分析發現，在東、西方桃甜度改良過程中果糖含量的提升發揮了更為重要的作用。”謝華指出。

“在尋找控制果糖含量基因位點時，我們使用了多種方法，建立了多個模型，最終我們確定位于1號染色體上控制果糖含量的主效位點，并從中篩選到一個候選基因PpERDL16，該基因的表達量與果糖含量呈顯著聯系。”文章第一作者、生物中心博士后官健濤告訴《中國科學報》。

此外，結合桃材料多年表型數據，科研人員發現在桃改良過程中，東、西方群體的選擇區間富集了與蘋果酸、檸檬酸合成和轉運相關的基因，為揭示二者有機酸表型分化提供了候選基因，并證實了PpALMT1這個關鍵基因可促進蘋果酸在果實中的積累。

“找到了這些遺傳密碼，對于今后破解其機理以及用這些基因更有靶向地調控桃的風味，或者創造出人們更喜歡的糖酸比，具有非常大的應用價值。”文章通訊作者、生物中心研究員魏建華在接受《中國科學報》采訪時說。

新階段迎來更大挑戰

桃是北京市第一大鮮果，作為全國最早開展桃育種工作的科研機構之一，北京市農林科學院林業果樹科學研究院研究員、文章通訊作者姜全團隊已推廣了一批深得市場認可的好品種，如綠化九號、北京24號、瑞光、瑞蟠系列品種等。