BMC Biology | 南京农业大学研究团队揭示亚洲梨与西洋梨果实软化特征差异的遗传机制

责编 | 王一

梨是世界性广泛栽培的果树树种，其全球栽培面积和产量分别为129.3万公顷和2310.9万吨 （2020 FAO数据） ，其中我国梨的栽培面积和产量均占总量的近70%，是世界第一大梨生产国。梨具有丰富的品种资源，根据其遗传来源可分为亚洲梨和西洋梨两大种群，两者在果实形状、色泽、风味等方面均存在较为明显的差异。其中，亚洲梨和西洋梨在果实的软化特征方面差异明显。通常，西洋梨采后不能即食，需要“后熟”变软后才可食用，其果实软化速度较快，不耐贮藏；而亚洲梨（除秋子梨外）典型的特征是脆肉多汁，采后即食，不需要“后熟”过程，果实软化速度相对慢，有较长的贮藏期。为什么亚洲梨和西洋梨具有截然不同的软化特征，其内在的遗传机制差异是什么，目前尚不清楚。

图1 亚洲梨和西洋梨的野生资源及栽培品种果实硬度变化

近日，南京农业大学研究团队在BMC Biology在线发表了题为An identical-by-descent segment harbors a 12-bp insertion determining fruit softening during domestication and speciation in Pyrus的研究论文，揭示了亚洲梨与西洋梨果实软化特征差异的遗传机制。

该研究利用梨的重测序数据，基于个体间IBD （identity-by-descent） 分析分别对亚洲和西洋梨的野生和栽培种之间的基因流进行了鉴定，并解析了基因流对亚洲和西洋梨果实软化性状差异的影响，发现在亚洲和西洋梨的野生和栽培种之间均鉴定到一个长3Mb的IBD富集区间 （IBD-ER） ，进一步分析表明该3Mb IBD-ER为亚洲和西洋梨的共同驯化区间。

图2 亚洲和西洋梨群体IBD-ERs的选择信号

同时，利用全基因组关联分析 （GWAS） ，在3Mb IBD-ER鉴定到一个与梨果实硬度密切相关的重要候选基因TIC55，其在拟南芥中的同源基因具有调控叶绿素降解的功能。利用重测序、转录组数据，并结合分子生物学实验，明确了在亚洲梨TIC55基因的第一个外显子区域存在一个长度为12bp的串联重复插入，从而导致TIC55基因只在亚洲梨中高度表达，抑制了果实的软化；而在西洋梨中不存在这一序列特征，同时基因几乎不表达，果实的软化速度较快。基于以上研究，提出了亚洲和西洋梨TIC55基因的序列插入和分化导致梨果实软化特征差异的进化模型。该研究不仅为解析亚洲和西洋梨果实软化差异提供了遗传基础，同时可为其他果实性状研究提供了新思路和新方法。

图3 亚洲和西洋梨TIC55基因的序列变异、表达特征和进化模型

南京农业大学园艺学院博士生宋波波、李晓龙（现浙江农林大学园艺科学学院副教授） 、曹贝贝为共同第一作者，吴俊教授、李甲明博士为共同通讯作者，山东农业大学园艺科学与工程学院张明月副教授、伊利诺伊大学Schuyler S. Korban教授等参与了研究工作。本项目得到了国家重点研发计划、国家杰青、国家自然科学基金青年基金、国家现代农业产业技术体系、江苏省梨产业技术体系等项目资助。

论文链接：

https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-022-01409-w