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【中国科学报】野生种基因组支招桃产业“上山下滩”

来源:中国科学报 作者:李晨 2022-06-23 16:37:00 浏览量:

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西藏光核桃桃花林。中国农科院郑果所供图

桃子是一种人见人爱的水果。为了促进桃产业绿色发展,让桃树适应更多生存环境,科学家将目光投向了分布更广泛、抗性更高、适应能力更强的桃野生近缘种。

近日,中国农业科学院郑州果树研究所(以下简称郑果所)桃资源与育种创新团队与国内外研究团队合作,发布了桃的4个野生近缘种的高质量泛基因组,发掘了桃野生近缘种的抗性基因,对桃产业结构调整、绿色发展和桃树“上山下滩”发展趋势具有重要意义。相关成果发表在《BMC生物学》(BMC Biology)。

生长在恶劣环境的桃野生种

桃起源于我国,种质资源丰富。论文共同通讯作者、郑果所研究员王力荣告诉《中国科学报》,桃共有4个野生近缘种,在我国均有大量自然群体分布。其中,光核桃分布在青藏高原,高原适应能力强;山桃分布范围广,且集中分布在太行山、燕山山脉,开花很早;甘肃桃主要分布在甘肃,抗根结线虫;新疆桃分布在新疆,抗旱能力强。

“经过自然环境的漫长洗礼,桃野生近缘种获得了珍贵的抗性品质。光核桃抗生长期低温和高海拔胁迫,山桃抗桃蚜、抗寒,甘肃桃抗南方根结线虫。”论文共同通讯作者、郑果所研究员曹珂说。

野生近缘种很多分布在环境恶劣、土壤贫瘠的环境,含有抗性基因,抗逆境、抗病虫能力强。“野生种的抗性基因可以用于改良栽培品种的抗性,减少农药使用量,对环境保护和绿色发展具有积极作用。”王力荣说。

当前,全球粮食安全问题备受关注,我国采取有力举措防止耕地“非粮化”,切实稳定粮食生产,牢牢守住国家粮食安全的生命线。“果树产业结构调整,向山坡地、滩涂地发展,不与粮食争地,是未来的趋势。”王力荣说,通过研究桃四个野生近缘种的泛基因组,或可借此发掘优良基因,改善栽培桃品种,使之更加适应恶劣的生长环境。

泛基因组揭示多个抗性基因

论文共同第一作者、郑果所助理研究员李勇介绍,该研究构建了4个桃野生近缘种的高质量基因组图谱,发现变异位点富集于基因组与环境互作关联区域。

其中,山桃抗性基因数目在进化过程中显著增加。基因组片段来源分析显示,山桃基因组片段与光核桃和扁桃基因组相似性更高,也就是说山桃的基因组一部分来自光核桃,一部分来自山桃。“山桃可能来源于光核桃和扁桃的杂交,外源基因的导入是导致抗性基因增加的原因,揭示了山桃多抗分子机制。”李勇说。

根结线虫是一种为害桃根系的虫,会导致桃树生长势弱,产量低,甚至死亡。利用BSA结合比较基因组分析,他们发现,在红根甘肃桃第2染色体顶端存在一个受到根结线虫诱导的NBS基因。转基因功能实验证实,该基因具有南方根结线虫抗性,其启动子区35bp变异是导致抗性形成的关键变异。

此外,他们还在光核桃基因组中发现了抗寒性状的线索。通过群体受选择分析,他们鉴定了231个高原适应性相关基因。结合转录组分析,在受选择基因中发现一个光核桃响应低温的CBF基因,并在该基因启动子区发现一个9bp变异,与抗寒性的形成密切相关。

“桃野生近缘种抗性基因的鉴定为揭示桃进化和环境适应性奠定了理论基础,为分子标记开发和抗性育种提供了技术支撑。”王力荣说。

该研究材料依托国家园艺种质资源库,受到国家重点研发计划和中国农业科学院科技创新工程的资助。