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重磅|陈学森科研团队揭示苹果起源演化历史

作者:杨宇 张铁成 出处:山东农业大学 日期:2017-08-15

      日前,山东农业大学陈学森教授带领的研究团队与美国康奈尔大学费章君密切合作,在苹果种质资源研究方面取得重大突破,在分子水平上揭示了苹果起源、演化和驯化的规律,并证明世界栽培苹果起源于我国新疆。815国际著名学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)以《基因组重测序揭示苹果起源演化历史及果实大小的二步驯化模型》为题发表了他们的研究成果。该成果对推动苹果种质资源保护与利用及遗传育种提供了重要的理论与技术支撑,这也标志着我国在该领域的研究居国际领先水平。

全新的苹果进化图

      苹果是世界温带地区栽培面积最大的果树之一,其起源演化与人类文明进步密不可分,一直以来备受国际苹果研究界的广泛关注。陈学、费章君两个科研团队合作,利用高通量测序及生物信息学技术,对亚洲、欧洲和美洲等世界范围的苹果属24个种、117份种质资源进行了全基因组重测序,共检测到720万个高质量的最小基因单位(SNPs,为苹果资源研究和分子育种提供了海量有价值的基础数据。他们在研究中发现,我国新疆境内的塞威士苹果保持较高的同源性、最原始,而同属中亚地区的哈萨克斯坦境内的塞威士苹果基因杂合度则相对较高。这充分说明,世界栽培苹果起源于我国新疆。

新疆野苹果与其他野生种的群体遗传结构及亲缘关系

      根据他们的研究结果,新疆塞威士苹果野生种沿古丝绸之路向西交流,逐渐演化形成当今的世界栽培苹果(西洋苹果);而随着民族交往的增加,新疆塞威士苹果在向东交流中,与山荆子等野生苹果种杂交、驯化而产生了中国早期的绵苹果,这为绵苹果在我国如何演化提供了明确答案。在西洋苹果演化过程中,果实质地增强、酸度降低;而在果实大小进化方面,该文首次提出了二步驯化模型;在遗传背景方面,由于苹果的自交不亲和特性,欧洲森林苹果等多种源基因的大规模渗透,导致栽培苹果具有较好的遗传多样性。

苹果果实大小进化的二步模型

      陈学森向记者介绍说,苹果中游离多酚(类黄酮)含量较高,这种物质有很好的抗氧化、预防心脑血管疾病及抗肿瘤等功能,世界上许多国家都将苹果作为主要消费果品而大力推荐。中国年产苹果4200多万吨,是世界上最大的苹果资源、生产和消费国。

陈学森教授在新疆取样 

      陈学森带领研究团队在果树资源保护与利用方面取得了多项重要成果,近年来他们围绕新疆野苹果资源的保护、发掘、创新与利用开展攻关,以“高类黄酮苹果育种”为核心,构建了新疆红肉苹果与苹果品种杂种一代、二代分离群体,明确了新疆野苹果遗传多样性特征及性状遗传变异特点,提出了苹果类黄酮生物合成的转录调控网络,创建了“果树多种源品质育种法”“易着色苹果品种培育法”及“三选两早一促的苹果育种法”等优质高效育种技术体系,创制了一批新品种及优异种质,建立了新品种配套高效生产技术体系。目前,已授权和申报发明专利52项,育成并审定苹果优质红色芽变新品种8个及高类黄酮苹果新品系10个。