紅蘋(píng)果,人人愛(ài)??墒?,蘋(píng)果皮為什么能進(jìn)化出誘人的紅色,是個(gè)有趣而復(fù)雜的問(wèn)題。
4月2日,《自然-通訊》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家的最新成果,詮釋了蘋(píng)果為什么這樣紅的奧秘。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱果樹(shù)所)蘋(píng)果資源與育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在完成了蘋(píng)果花藥培育純系高質(zhì)量基因組測(cè)序的基礎(chǔ)上,揭示了反轉(zhuǎn)座子控制紅蘋(píng)果著色的分子機(jī)制。
“栽培蘋(píng)果通常是二倍體,基因組高度雜合且經(jīng)過(guò)全基因組復(fù)制,致使常規(guī)品種基因組測(cè)序組裝困難?!闭撐牡谝蛔髡邚埨x告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,利用花藥培養(yǎng)可以獲得純系,從而降低組裝難度,獲得更高質(zhì)量的基因組測(cè)序結(jié)果。
所謂花藥培養(yǎng),是將花粉發(fā)育至一定階段的花藥接種到人工培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng),不經(jīng)受精而發(fā)生細(xì)胞分裂,以形成花粉胚或愈傷組織進(jìn)而分化成完整植株。該研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期進(jìn)行蘋(píng)果花藥純系培養(yǎng),創(chuàng)制了一系列品種花藥培育純系,這為蘋(píng)果遺傳理論和基因組測(cè)序研究奠定了重要基礎(chǔ)。
論文通訊作者、果樹(shù)所研究員叢佩華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》,以往蘋(píng)果基因組測(cè)序都是以“金冠”品種為材料,金冠又名黃香蕉、黃元帥、金帥,成熟后表面金黃,色中透出紅暈。這次重測(cè)序,他們與武漢未來(lái)組生物科技有限公司合作,以“寒富”蘋(píng)果花藥培育純系HFTH1為材料,基于第三代測(cè)序技術(shù)進(jìn)行了全基因組測(cè)序,組裝了目前世界上最為完整的蘋(píng)果基因組(contigN50 為6.99M)。
“這個(gè)新基因型的蘋(píng)果基因組為世界科學(xué)共同體研究蘋(píng)果分子育種提供了新的參考序列?!眳才迦A說(shuō)。
通過(guò)與已發(fā)表的金冠基因組比較,研究人員獲得了大量的結(jié)構(gòu)變異,為理解不同基因型蘋(píng)果遺傳多樣性、分子標(biāo)記的開(kāi)發(fā)和分子育種提供了重要信息。同時(shí),“寒富”是一個(gè)以抗寒、抗病、抗旱而知名的品種,這一高質(zhì)量的基因組為今后解析蘋(píng)果抗性分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ),必將極大地促進(jìn)蘋(píng)果抗性育種。
正是在比較兩種基因型的基礎(chǔ)之上,研究人員揭示了紅蘋(píng)果著色的分子機(jī)制。
結(jié)合148份蘋(píng)果自然群體和1個(gè)雜交組合分離群體驗(yàn)證,他們發(fā)現(xiàn),一個(gè)Gypsy-like反轉(zhuǎn)座子充當(dāng)增強(qiáng)子控制著蘋(píng)果著色。這個(gè)增強(qiáng)子被命名為redTE。
“不易著色的品種是由于缺少這一增強(qiáng)子,不能有效合成花青素的結(jié)果。”張利義說(shuō)。
叢佩華進(jìn)一步推斷,一系列紅色芽變品種是這個(gè)轉(zhuǎn)座子與其調(diào)控的基因,同周?chē)h(huán)境綜合作用引起的表觀遺傳結(jié)果,這無(wú)疑增進(jìn)和豐富了科學(xué)家對(duì)蘋(píng)果著色的理解和認(rèn)識(shí)。更加重要的是,基于這一反轉(zhuǎn)座子開(kāi)發(fā)的分子標(biāo)記,能精準(zhǔn)的進(jìn)行果色預(yù)先選擇。
該研究得到了中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程和中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息:DOI: 10.1038/s41467-019-09518-x