荔枝基因组讲述了一个关于古代热带水果的多彩故事

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新鲜荔枝。

一项研究发现,荔枝光鲜亮丽,味道鲜美,深受人们喜爱,以至于它们不仅在古代被驯化过一次,而且在中国的两个不同地区被单独驯化。

它们外表多刺,内心甜美,因其标志性的粉红色贝壳和珍珠般芬芳的水果而深受喜爱。在美国,您可能会在珍珠奶茶、冰淇淋或鸡尾酒中将它们作为一种美味的成分遇到。你也可以去皮新鲜吃。

中国自古就有荔枝种植,距今已有2000多年的栽培记录。鲜荔枝是一种如此渴望的对象,以至于在唐代,一位皇帝设立了专门的马接力,将南方收获的水果送到朝廷。

现在,科学家们利用基因组学更深入地研究了荔枝的历史。在此过程中,他们还发现了有助于塑造该物种未来的见解。

“荔枝是无患子科中重要的热带农作物 (枫树和七叶树)家族,它是东亚种植的最具经济意义的水果作物之一,尤其是对中国南方农民的年收入而言,“华南农业大学教授李建国博士说(SCAU)园艺学院和该研究的高级作者。 “通过对野生和栽培荔枝品种进行测序和分析,我们能够追溯荔枝的起源和驯化历史。我们证明了极早熟和晚熟品种分别来自云南和海南的独立人类驯化事件。”

此外,“我们确定了一种特定的遗传变体,即一段缺失的遗传物质,可以开发为一种简单的生物标记,用于筛选具有不同开花时间的荔枝品种,为未来的育种计划做出重要贡献,”Rui Xia 博士补充道,华南师范大学同一学院教授,​​该研究的另一位资深作者。

“就像一个谜题,我们正在拼凑人类对荔枝所做的历史,”布法罗大学进化生物学家、该研究的资深作者 Victor Albert 博士说。 “这些是我们的研究讲述的主要故事:荔枝的起源,有两种不同驯化的想法,以及我们认为导致不同品种在不同时间结果和开花的基因缺失的发现。”

该研究将于今天(2022 年 1 月 3 日)在 Nature Genetics 上发表 .它由 SCAU 牵头,与来自中国、美国、新加坡、法国和加拿大的大型国际团队合作。

资深作者为华侨大学的夏睿、李建国和陈厚斌;来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的 Ray Ming;和来自 UB 的 Victor Albert。第一作者是华侨大学胡桂兵、冯俊廷、刘成明和吴振贤;广东省农业科学院徐翔;中国热带农业科学院王家宝;和南洋理工大学的 Jarkko Salojärvi。

如此受人喜爱的水果,不止一次被驯化

为了进行这项研究,科学家们为一种名为“飞子笑”的流行荔枝品种制作了一个高质量的“参考基因组”,并将其 DNA 与其他野生和养殖品种的 DNA 进行了比较。 (所有品种属于同一物种,Litchi chinensis )。

研究表明,荔枝树,Litchi chinensis ,可能不止一次被驯化:分析表明,野生荔枝起源于中国西南部的云南,向东和向南传播到海南岛,然后在这两个地方分别被驯化。

在云南,人们开始种植非常早开花的品种,在海南,人们开始种植晚开花的品种,并在当年晚些时候结果。最终,来自这两个地区的品种之间的杂交产生了杂交品种,包括今天仍然非常受欢迎的品种,如“妃子笑”。

这些事件的确切时间尚不确定。例如,该研究提出了一个里程碑,即L.中华 云南和海南的种群发生在驯化之前,可能发生在大约 18000 年前。但这只是一个估计;其他解决方案是可能的。尽管如此,该分析还是对荔枝的进化历史及其与人类的联系提供了一个引人入胜的视角。

这棵荔枝树什么时候开花?一个简单的基因测试就能告诉你

该研究不仅为荔枝的历史增添了新的篇章;它还提供了对开花时间的深入了解,这是农业中一个非常重要的特征。

“早熟荔枝与晚熟荔枝来自不同的地方,并独立驯化,”UB 艺术与科学学院生物科学帝国创新教授 Albert 博士说。 “这本身就是一个有趣的故事,但我们也想知道是什么导致了这些差异:为什么这些品种的果实和开花时间不同?”

通过比较多个荔枝品种的 DNA,该团队确定了一种遗传变异,可用于创建一种简单的测试来识别早开花和晚开花的荔枝植物。

该变体是一种缺失——一段缺失的 DNA——位于与开花相关的两个基因附近,可能有助于控制其中一个或两个基因的活性。

早开花的云南品种有缺失,遗传自父母双方。晚熟的海南品种根本没有。而飞子笑——一种来自两个区域种群的 DNA 数量几乎相等的杂交体——是缺失的“杂合子”,这意味着它只有一个拷贝来自一个父母。这是有道理的,因为妃子笑开花早,但不是特别早。

“这对育种者非常有用。由于荔枝易腐烂,因此开花时间对于延长荔枝在市场上销售的季节很重要,”Albert 说。

荔枝基因组测序只是开始

SCAU 的团队发起了荔枝基因组研究,作为一个更大项目的一部分,该项目希望极大地扩展我们对同一家族中重要开花植物 DNA 的了解,无患子科 .

无患子科 是一个大家庭,其中包括许多经济上重要的植物,”夏说。 “到目前为止,只有荔枝、龙眼、红毛丹、黄角羚和枫树等少数品种完成了全基因组测序。”

“我们,SCAU 的园艺学院,正在开展一个大型合作项目,对更多无患子科进行测序 原产于中国且具有经济重要性的物种,如红毛丹、无患子(无患子)和气球藤,旨在对无患子科进行广泛而彻底的比较基因组学研究 基因组学,”夏补充道。 “主要研究方向将是开花、导致香精香料的次生代谢、花果发育等。”

参考:“来自高度杂合荔枝基因组的两个不同的单倍型表明早熟和晚熟品种的独立驯化事件”,胡桂兵、冯俊廷、徐翔、王家宝、Jarkko Salojärvi、刘成明、吴振贤、张吉森、新明梁子,姜子德,刘伟,欧良希,李嘉伟,范广义,麦英晓,陈成杰,张杏坛,郑家坤,张延庆,彭洪祥,姚立宪,外景曼,罗新平,傅家新,唐海宝, 兰天英, 赖彪, 孙金华, 韦永赞, 李焕玲, 陈洁珍, 黄旭明, 颜倩, 刘欣, Leah K. McHale, William Rolling, Romain Guyot, David Sankoff, 郑春芳, Victor A. Albert, Ray Ming、Houbin Chen、Rui Xia 和 Jianguo Li,2021 年 1 月 3 日,Nature Genetics .
DOI:10.1038/s41588-021-00971-3