柑橘家族有多乱！

来源 | 果壳网、网络
冬天，市场上的柑橘类水果多到可以霸占大半个水果摊，从土生土长的柚、橘、橙、柑，到舶来的柠檬、葡萄柚，或大或小，或长或圆，或酸或甜。 虽然把它们剖开看上去都一样，但是要给它们编写家谱简直就是个不可能的任务。

因为柑橘家实在是太混乱了，任意两种拉在一起都可能产生“爱情结晶”，并且这些后代还能跟其他柑橘属植物再度结合，产生更多的变异。就这样，整个柑橘家族的关系就变成了一团乱麻——剪不断，理还乱。

不过通过几代植物学家的共同努力，通过各种现代科学手段的调查，终于为柑橘家族绘制出一份家谱草图，并找出了柑橘家族的三个元老：香橼、柚和宽皮橘。

香橼被认为是这三元老中最年长的种类。不过，对于国人来说，这家伙多少有点陌生。因为它们的皮厚度通常会超过果实的一半，可食用部分太少了。虽然佛手作为香橼的一个栽培变种，偶尔会出现在精致的果篮里面。

柚子，从来就是食品。饱满的水分，长久储藏期都说明这是个完美水果。有人把柚子比作天然水果罐头，意指其方便储存。除了皮难剥，柚子还有一种特殊的苦味，这主要是由一种叫做柠檬苦素的物质引起的。实际上，如果你细品柑橘类的水果，就会发现它们多少都有这样的苦味，只是轻重不同而已。

宽皮橘，果如其名，果皮相当的宽松。其实柚子和橘子在我国很早就开始栽培了。相对个性化的香橼和柚子来说，宽皮橘要显得平庸了许多，不过像南丰蜜橘这样传统正宗的宽皮橘，还是主导了几代中国人的味觉。

在解说三元老的“联姻”之前，有必要来介绍一下柑橘家族的“婚姻法”。植物学家发现，柑橘杂交的后代会符合以下几条规律：

第一，个头会偏向于个头小的亲本；

第二，果实的形状会取个中间值，跟双亲都有点像；

第三，糖含量会取中间值；

第四，也是我们不希望看到的，酸度会偏向于更酸的一方。

所以，甜橙是无法拯救柠檬的。

橙子，是柚子和宽皮橘的天然杂交种。考古证据显示，早在公元前2500年，我国开始种植橙子。大概在14世纪的时候，橙子被葡萄牙人带回欧洲，在地中海沿岸种植。1493年哥伦布第二次造访新大陆时，橙子才登陆美洲大陆，并在那里找到了真正的乐土。这点倒是和中华猕猴桃从新西兰留学归来，变身“奇异果”身价倍增的故事颇为神似。

来檬。与此同时，低调的香橼衍生出了另外一种更低调的后代—— 来檬 。来檬同柠檬的名字只有一字之差，特征也相差不远，只是叶子更窄些，花朵也更小一些。曾经认为来檬的另一个亲本是柚，但是事实可能并不是那么简单，除了柚，宽皮橘、箭叶橙都有可能参与了“造来檬运动”。

至此，柑橘家族的混乱已经初现，至少橙——这种目前世界上最重要的柑橘类水果出现了。但是，联姻远没有就此停止。就在橙子还没有冲出亚洲，走向世界的时候，第二波的家族大联姻又开始了。

葡萄柚。在印度西部的山间，柚子和宽皮橘的复杂后代——甜橙，同柚子联姻，于是，葡萄柚就这样产生了。虽然叫做葡萄柚，但这家伙跟葡萄完全没有关系。之所以得名，是因为它们的果实在枝头生长得过于密集，远看就像一串串葡萄。

柑——甜橙和宽皮橘的爱情结晶。不过，说柑是甜橙和宽皮橘的杂交品种并不准确，因为在我国，柑和橘从来都没有严格的界限。柑从来都不是一个严格分类单元，相反它是一个混杂的大家族，里面既有甜橙和宽皮橘杂交产生的后代（例如贡柑、芦柑），也有宽皮橘慢慢变异而来的宗亲，以及八竿子打不着的远房亲戚，例如金柑。

柠檬。在这次联姻中，柑橘们在酸味的方向也前进了一步——我们熟悉的柠檬产生了。越来越多的证据显示，酸橙可能是柠檬重要的父本之一。于是可能是香橼和酸橙这两种本来就可以让人酸掉大牙的物种，搞出了柠檬这种将酸发挥到极致的极品。

在经历了第一次和第二次柑橘家族大联姻之后，现有的柑橘家族阵容基本上已经齐整了。我们现在有三个基本种：香橼、柚和宽皮橘；以及一些重要的杂交种：酸橙、葡萄柚、来檬、柠檬和柑。而这样让人想象不到的混乱，竟然是大自然一手指挥。

园艺工作者的加入使得柑橘家族越来越混乱，很多“乱点鸳鸯谱”的“乱伦”后代实在是分不清楚该把它们归纳为哪个种，就像现在市场上很火的红美人、沃柑、春见等品种，园艺工作者就把它们统称为杂柑类。

看懂了家谱学的柑橘品种，接着从基因的角度解析柑橘家族的前世今生。随着基因测序技术的不断发展，柑橘属的起源与驯化问题以及其特殊性状形成机制也开始变得明晰。

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甜橙基因组图谱构建完成

（Nature Genetics, 2012）

华中农业大学在2012年首次完成了甜橙（Citrus sinensis）基因组构建工作，为了降低组装难度，研究人员采用双单倍体测序方法成功绘制出了甜橙的87%的基因组序列，组装基因组大小为320Mb，ContigN50为49.89Kb，ScaffoldN50为1.69Mb，编码蛋白的基因数量为29,445个。

图1 组装的基因组与遗传图谱比对

重测序分析表明二倍体甜橙具有较高的杂合度（50%），同时SNPs密度偏好性发现柚和柑橘的贡献度为1:3，并有证据表明甜橙的叶绿体很可能来源于柚。因此，研究人员推断：母本柚（pummelos）与父本柑橘（mandarins）进行杂交，再与母本柚（pummelos）回交，从而形成甜橙。

图2 甜橙起源的模型

对甜橙基因组分析，揭示甜橙基因组的进化历史，同时发现甜橙中与维生素C合成有关的基因出现基因扩增等现象，进一步结合RNA-Seq进行联合分析，发现GalUR基因表达上调很可能是甜橙富含维C的重要原因。

图3 与维C代谢相关的基因表达与进化

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橘、柚、橙基因组测序初步揭示柑橘属复杂的驯化过程

（Nature Biotechnology, 2014）

2014年，美国科学家完成了几种柑橘属水果的基因组测序，其中包括四种柑橘、两种柚和酸橙，这一研究成果发表在Nature Biotechnology杂志上，该研究构建了更高质量的柑橘属物种基因组，较之前发表的甜橙基因组质量有显著提高（Contig L50=119Kb,ScaffoldL50=6.8Mb）。除此之外，该研究也对柑橘属的演化、驯化等问题进行了探讨。该研究表明，栽培柚来源祖先种C. maxima，栽培宽皮桔来源C. reticulata，并有C. maxima的渗入。

图4 柑橘属染色体进化关系

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柑橘属基因组测序揭示其多胚性状形成机制

（Nature,2017）

继甜橙基因组公布以后，华中农业大学同一研究团队再一次完成了四个柑橘代表种的基因组构建工作，并通过联合比较基因组、重测序以及转录组等等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基础，锁定了关键基因CitRWP。

研究人员利用单分子测序技术（PacBio）构建了迄今为止最为完整的柑橘基因组，其中Contig N50为2.2 Mb，是已经报道的柑橘基因组的18倍以上。

图5 柑橘属系统进化关系及性状表现

进一步对100份代表性原始、野生和栽培柑橘进行深度测序及群体比较，分析表明原始柑橘的遗传多样性最高，栽培柑橘中的生殖和能量代谢相关的基因受到了选择。

图6 柑橘遗传多样性和群体差异分析

本研究利用柑橘基因组平台优势结合前期构建的遗传群体，针对性设计了极端表型混池测序和局部基因关联分析的策略，将柑橘多胚位点定位到一段80Kb的区域，包含11个候选基因。进一步精细剖析发现候选基因CitRWP与多胚性状的关联程度最高，并表现出胚珠特异表达的特点，且在多胚的表达显著高于单胚。

图7 柑橘多胎化基因定位

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柑橘属泛基因组测序揭示其起源与进化机制

（Nature,2018）

该研究分析了已发表的柑橘属基因组和30种新测序的基因组（共60种材料的基因组），通过基因组学分析、系统发育分析以及生物地理学分析，揭示了柑橘属植物的起源、进化以及驯化历史。

图8 柑橘属遗传结构、杂合分布及系统进化分析

基于59万个AIM（Ancestry Informative Marker or SNP），找到46份柑橘材料的片段祖先来源。在28个柑橘基因组中，23个发现有柚子基因组的贡献，进一步分析后，研究人员绘制了主要柑橘属成员的的遗传家谱。

图9 主要柑橘属成员家谱图

该研究表明柚果实大小与柚基因混入比例之间呈强正相关（r=0.88）。果实风味（酸度）GWAS关联到8号染色体0.3-2.2Mb区间，在这个区域，甜柑橘在该区域有柚混入，而酸柑橘没有，最后从该区域的基因中筛选到一个调节柠檬酸合成的IDH基因。

图10 GWAS分析柚果实大小及酸度相关基因定位