西北農(nóng)林科技大學(xué)重大突破
2024-12-11 09:54:11
本網(wǎng)楊凌訊（靳軍）占我國(guó)蘋果產(chǎn)量70%以上的主栽品種“富士”，其實(shí)是禮泉短富、玉華早富等100余個(gè)富士系芽變品種群的總稱。這些品種芽變的基因組基礎(chǔ)是什么？其廣受歡迎的短枝型性狀，也就是矮化品種到底是哪個(gè)關(guān)鍵基因在起作用？
長(zhǎng)期以來(lái)困擾我國(guó)蘋果矮化品種選育工作的這兩個(gè)難題，近日被西北農(nóng)林科技大學(xué)（簡(jiǎn)稱“西農(nóng)大”）西北旱區(qū)果樹(shù)發(fā)育生物學(xué)團(tuán)隊(duì)破解。該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位協(xié)同攻關(guān)，揭示了富士蘋果80余年芽變選種的基因組學(xué)基礎(chǔ)，解析了短枝型變異的遺傳學(xué)機(jī)制，為提高蘋果芽變選種效率和矮化育種提供了理論指導(dǎo)和基因資源，其研究成果在線發(fā)表于《自然—通訊》。
蘋果、柑橘和梨等多年生果樹(shù)品種一經(jīng)選育出來(lái)，即通過(guò)嫁接進(jìn)行無(wú)性繁殖，在此過(guò)程中產(chǎn)生的體細(xì)胞變異可引起優(yōu)勢(shì)性狀的出現(xiàn)，這就為果樹(shù)的芽變育種奠定了基礎(chǔ)。據(jù)了解，蘋果中超過(guò)30%的品種是通過(guò)芽變選種培育而來(lái)。
一直以來(lái)，常規(guī)的遺傳變異檢測(cè)基于單個(gè)參考基因組，在序列比對(duì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生參考基因組偏好性，影響變異檢測(cè)的準(zhǔn)確度。特別是對(duì)蘋果等高雜合度物種，傳統(tǒng)檢測(cè)方法所獲得的變異大多是在不同芽變品種中共有的雜合胚系變異，真正導(dǎo)致芽變品種具備不同特點(diǎn)的體細(xì)胞變異往往被掩蓋在其中。
針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)使用長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序數(shù)據(jù)、家系數(shù)據(jù)和Hi-C（高通量染色體構(gòu)象捕獲）數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一套完全定相的高質(zhì)量二倍體基因組，并由此開(kāi)發(fā)了一套體細(xì)胞變異檢測(cè)流程，將基因組測(cè)序數(shù)據(jù)比對(duì)到最優(yōu)的單倍體基因組上，從而降低了變異檢測(cè)過(guò)程中的假陽(yáng)性，成功排除掉了品種間共享的雜合胚系變異的干擾，為后續(xù)分析提供了重要基礎(chǔ)。
果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授徐強(qiáng)認(rèn)為，該檢測(cè)流程精確區(qū)分了體細(xì)胞變異與雜合變異，不僅能夠服務(wù)于蘋果遺傳改良，還為果樹(shù)及無(wú)性繁殖作物體細(xì)胞變異研究提供了新的案例。
通過(guò)使用這些體細(xì)胞變異構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)短枝型性狀存在于系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的多個(gè)分支上，其中一個(gè)分支聚集了主要的短枝型品種，這些品種都與一個(gè)叫做MdTCP11的基因有關(guān)。
“這表明該基因在蘋果短枝型品種節(jié)間發(fā)育中具有重要作用?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、國(guó)家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、西農(nóng)大園藝學(xué)院教授張東介紹，短枝型芽變品種具有樹(shù)體矮化、枝條緊湊、早果豐產(chǎn)等特性，是低消耗高產(chǎn)出的生態(tài)友好型蘋果品種。據(jù)了解，目前，該團(tuán)隊(duì)已選育了多個(gè)短枝型芽變品種優(yōu)系，其中暫定名為“豐富2021”的優(yōu)系在陜西、甘肅和新疆等地試栽表現(xiàn)良好，正在申請(qǐng)國(guó)家登記。
世界范圍內(nèi)現(xiàn)代蘋果矮化密植栽培中，多依賴嫁接矮化砧木實(shí)現(xiàn)致矮。如果利用短枝型蘋果芽變品種嫁接抗性好的喬化砧木或半矮化砧木，將迎來(lái)中國(guó)式蘋果矮化栽培革新，有力推動(dòng)我國(guó)果樹(shù)“上山上坡、利用四荒”。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授韓振海說(shuō)：“該成果是蘋果品種矮化研究上取得的重要進(jìn)展，在我國(guó)應(yīng)用潛力巨大?！?/p>
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