Science封面 | 云南农业大学领衔解析葡萄的起源和驯化

责编 | 王一

达尔文在《物种起源》的第一章，对比了家养物种和野生物种的形态差异，用来说明生物的变异是显而易见的。同时也引出来一个百年难题，物种是何时、何地被如何驯化的，在驯化过程中物种的遗传信息发生了什么样变化。在人类的短暂历史上，我们驯化了数百个物种，从广泛种植的粮食作物、经济作物到局部使用特色物种，每次的人工驯化都是人类与自然和谐对话。这些物种也对人类的文明和生活产生深远的影响。葡萄，是全世界最为广泛种植的经济作物之一，作为水果、酿酒原料，葡萄始终伴随人类文明。葡萄究竟是什么时候被驯化？在什么地区诞生？又为何传播到全世界？这些谜题始终困扰我们。

云南农业大学董扬教授团队在云南省科技厅、云南农业大学、云南生物资源保护与利用国家重点实验室、云南省生物大数据重点实验室支持下，牵头联合全球多个国家的70多科学家，发起的葡萄全球遗传资源分析计划（Grape 4K Genome Project）。该项目聚焦葡萄起源、驯化、传播的重要科学问题和学术界一直存在争议的观点，使用超大规模基因组数据和复杂的数据分析方式，在经过3年时间，彻底解析了葡萄的起源和迁徙问题，纠正了葡萄学术界存在多个争议，形成了葡萄起源和迁徙的一致观点，改写了葡萄研究的教科书，构建了可供葡萄育种的基因组、表型大数据体系，贯穿了葡萄人工选育-改良的整个过程的研究。相关研究成果以Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution为题于3月2日发表在Science期刊上。该论文被Science选为当期封面论文。Science同期还刊发了题为Two domestications for grapes的评论文章，对该研究进行了介绍并给予了高度评价。

学术界中对葡萄的起源一直存在争议，2019年董扬教授团队提出泛黑海起源理论，并且推测栽培葡萄起源时间为7500前左右，并发现了多个葡萄优良性状的控制基因 （Nat Commun，2019） 。该成果得到国外葡萄研究工作者的强烈兴趣，随即在董扬教授团队牵头下，迅速汇集全球约5000份葡萄遗传资源，在疫情期间坚持工作，完成了迄今为止植物领域最大的基因组分析工作，绘制了栽培葡萄野生种的参考基因组、解析4000多份葡萄遗传资源的基因组多样性信息，开发了大量数据分析方法。该研究提出了几个重要的观点：

1、阐述栽培葡萄起源的时间大约在距今11000年前，远比此前认知的要早，表明葡萄是最早驯化的水果，这一观点为研究作物起源驯化、葡萄栽培考古学研究提供了重要的线索；

2、揭示栽培葡萄驯化中心为两个，为双起源中心模式，纠正了此前的单起源中心理论，是葡萄研究的重要里程碑结果；

3、证明酿酒葡萄和鲜食葡萄在不同区域同时起源，并且起源初期遗传背景就具有重大的差异，彻底解决了学术界对鲜食葡萄和酿酒葡起源长达数百年的争议；

4、构建几乎覆盖所有栽培葡萄遗传资源高精度亲缘关系谱系图，可以实现葡萄品种的定向育种和设计育种；

5、发现了大量的葡萄人工驯化形状控制基因，特别是找到了酿酒葡萄和鲜食葡萄人工驯化的差异基因，为葡萄功能基因组学研究和育种提供素材。

6、在这些研究基础上，我们结合人类活动、历史气候变迁等因素，绘制了葡萄起源和人工驯化、改良的全景图。

图：栽培葡萄起源、驯化，扩散的全景图

上述研究解决了葡萄研究领域的诸多争议，也是人工驯化领域研究的重要案例，这些海量数据也解决了葡萄育种的痛点问题，为葡萄的基因组辅助育种、品种溯源提供了重要参考数据集。这些生物材料和生物大数据的汇集，使得我国在葡萄研究领域首次实现引领者角色。上述工作在云南省科技厅项目“绿色食品国际合作研究中心 2019ZG009”、“生物资源数字化体系研究和应用 2019008”支持下完成。

董扬教授实验室长期从事家养动植物人工驯化机理研究，并结合云南生物多样性保护和研究需求将功能基因组学思路引入植物的复杂生态现象的遗传机理解析，详见实验室主页：

http://www.dongyang-lab.org

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.add8655

评论链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg6617