浙江
一项全面的新研究比较了苹果属（Malus）物种的基因组，包括驯化苹果及其野生近缘种，揭示了这些物种之间的亲缘关系以及它们的基因组在近6000万年中是如何进化的。通过分析基因组的结构变异，研究人员开发出了一些技术来精确定位与风味、抗病性和耐寒性等重要性状相关的基因。这些见解可能在未来的苹果育种工作中发挥关键作用。
该研究结果由包括宾夕法尼亚州立大学生物学家在内的国际团队完成，并发表在《自然遗传学》杂志上。
“苹果属（Malus）大约有35个物种，尽管苹果作为一种水果作物非常重要，但关于该属植物基因组如何进化的研究却并不广泛，”宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院哈克植物生殖发育与进化主席、生物学教授、论文作者马弘（Hong Ma）说道。“在这项研究中，我们深入研究了苹果属植物的基因组，建立了苹果的家谱，记录了全基因组复制和物种间杂交等事件，并找到了与特定性状（例如对苹果黑星病的抗性）相关的基因组区域。”
对苹果属（包括驯化苹果及其野生近缘种）物种基因组进行的新比较和分析，揭示了这些物种之间的进化关系以及它们基因组在过去近6000万年中的进化历程。（a）苹果属物种的家谱图显示了该属中多倍体（每个染色体有两个以上拷贝）的潜在进化。（b）泛基因组图的示意图，显示了多花苹果（M. floribunda）基因组片段与参考富士（Fuji）基因组之间的关系。图片来源：马实验室/宾夕法尼亚州立大学
该团队新近测序并组装了该属30个成员的基因组，其中包括驯化的金冠苹果品种。在这30个物种中，20个是二倍体，这意味着它们像人类一样，每个染色体有两个拷贝；10个是多倍体，每个染色体有三到四个拷贝，这可能是由于苹果属中二倍体与其他亲缘物种相对较近的杂交所致。通过比较每个物种近1000个基因的序列，研究人员构建了该属的家谱，然后利用生物地理学分析将其起源追溯到大约5600万年前的亚洲。
“该属的进化史相当复杂，物种间杂交的例子众多，而且都经历过相同的全基因组复制事件，这使得比较变得困难，”马教授说道。“获得该属中如此众多物种的高质量基因组，并了解它们之间的关系，使我们能够更深入地探究该属的进化历程。”
为了进一步分析苹果属（Malus）基因组的历史和演化，研究团队采用一种名为泛基因组学的分析方法，对这30个已测序的基因组进行了分析。这种方法涵盖了30个基因组中共享或保守的基因以及其他序列，例如转座子（有时因其在基因组中移动的能力而被称为跳跃基因），以及仅存在于部分基因组子集中的基因。泛基因组分析结合了来自密切相关群体的基因组信息，以了解进化的保守性和分化性，而泛基因组图谱工具则极大地促进了这一分析。
马教授说：“利用30个物种的全基因组，可以有效地检测出结构变异以及基因重复和重排，而这些变异可能因为只比较几个基因组而被遗漏。在本例中，其中一个未被发现的结构变异使我们能够精确定位与抗苹果黑星病（一种影响全球苹果的真菌病害）相关的基因组片段。”
该团队还开发了一种泛基因组分析工具，以帮助寻找选择性清除的证据。选择性清除是指一种有益性状在种群中频率迅速增加的过程。利用这种方法，他们鉴定出了一个负责野生苹果属植物抗寒和抗病性的基因组区域，该区域也可能与果实的异味有关。
马教授说：“为了培育出口感最佳的苹果，我们可能无意中降低了驯化苹果的耐寒性。利用泛基因组分析技术，了解苹果属植物基因组的结构变异、物种间的关系及其杂交历史，或许有助于指导未来的育种工作，使苹果既能保留其优良的口感，又能抗病的优良特性。”
编译自/ScitechDaily
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