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Nature Communications | 北京市农林科学院谢华/姜全团队在桃风味改良研究中取得新进展

Nature Communications | 北京市农林科学院谢华/姜全团队在桃风味改良研究中取得新进展

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  • 发布时间:2021-06-15 11:32
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【概要描述】2021年6月14日,北京市农林科学院谢华/姜全团队在国际权威期刊Nature Communications(IF = 12.121)在线发表了题为Population-scale peach genome analyses unravel selection patterns and biochemical basis underlying fruit flavor的研究论文。

Nature Communications | 北京市农林科学院谢华/姜全团队在桃风味改良研究中取得新进展

【概要描述】2021年6月14日,北京市农林科学院谢华/姜全团队在国际权威期刊Nature Communications(IF = 12.121)在线发表了题为Population-scale peach genome analyses unravel selection patterns and biochemical basis underlying fruit flavor的研究论文。

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2021年6月14日,北京市农林科学院谢华/姜全团队在国际权威期刊Nature Communications(IF = 12.121)在线发表了题为Population-scale peach genome analyses unravel selection patterns and biochemical basis underlying fruit flavor的研究论文。

 

水蜜桃泛指我国南方品种群中肉质柔软多汁呈软溶质的一类桃果,具有特有的优质风味,深受广大群众的喜爱。该研究公布了高质量中国水蜜桃——龙华水蜜(Longhua Shui Mi, 简称LHSM)参考基因组,阐释了以水蜜桃为代表的优良品种对于全球育成品种的遗传贡献;利用564份桃基因组数据,解析了桃风味改良过程中,东、西方对甜度的趋同选择和酸度的分化选择模式,阐明了PpALMT1和PpERDL16分别在果实有机酸和可溶性糖积累中的功能。该研究提供了高质量参考基因组和丰富的遗传资源,为进一步深入解析桃果实风味形成的遗传机制,促进重要品质性状的遗传改良奠定了基础。

 

 

栽培桃(Prunus persica (L.) Batsch)起源并驯化于我国。历史上栽培桃从中国向外的两次重要传播对世界桃品种的形成起到了重要作用。第一次——“从无到有”:此次传播经古丝绸之路,始于公元前1世纪,从我国西部地区传播到古波斯(现伊朗及附近地区)地区,后经亚欧大陆到欧洲,于公元16世纪由欧洲传播至美洲大陆,使驯化后的栽培桃得以向世界扩散。第二次——“从有促优”:此次传播主要经海上丝绸之路,从19世纪中叶开始,使得我国东部地区以中国水蜜桃为代表的优良品种传播至日韩地区、美洲地区并扩散至全球其他地区,开启了桃现代品种改良的序幕。为揭示果实重要农艺遗传基础,本研究选取了中国水蜜桃代表材料之一的龙华水蜜,采用三代单分子测序,辅以Hi-C挂载的策略对龙华水蜜基因组进行了高质量组装(基因组大小257.2 Mb,Contig N50 =为5.17 Mb)。进一步的比较基因组研究显示了这两个参考基因组在基因组序列上有丰富的变异(Fig.1)。

 

Fig. 1 LHSM genome assembly

 

利用桃群体基因组数据,通过群体结构结合糖、酸相关表型的分析,揭示了桃风味改良过程中东、西方对甜度的趋同选择和酸度的分化选择的模式(Fig.2),进一步通过结合有效群群体变化(MSMC)和群体结合渗透(rIBD)的分析,显示了我国东部优良品种的产生及其对桃现代育成品种的遗传贡献,分析了渗透区内与糖酸品质相关的候选基因及其对现代品种形成的潜在贡献。

 

Fig. 2 Population structure and genetic divergence of primitive landraces and improved landraces

 

结合桃材料多年表型数据,发现在桃改良过程中,东、西方群体的选择区间富集了与苹果酸、柠檬酸合成和转运相关的基因,为揭示二者有机酸表型分化提供了候选基因;差异表达的候选基因瞬时过表达结果证实PpALMT1可促进苹果酸在果实中的积累(Fig. 3)。

 

Fig. 3 Divergent selection for fruit acidity during modern peach breeding

 

果实甜度是桃风味的重要决定因子和遗传改良目标。基于全基因组GWAS分析,发现了多个控制果肉主要糖类(蔗糖、果糖、葡萄糖)和山梨醇含量的QTLs位点及其遗传效应,为桃风味遗传改良提供了分子位点。相对于蔗糖和葡萄糖,东、西方桃甜度改良主要体现在果糖含量的提升上,位于1号染色体上控制果糖含量的主效位点受到了强选择(Fig. 4)。

 

Fig. 4 Genetic loci associated with the content of sucrose, glucose, and fructose affecting peach fruit sweetness

 

通过对控制果糖主效SNP位点单体型块的构建,结合单体型块区间内基因表达分析,筛选到一个候选基因PpERDL16,该基因的表达量与果糖含量呈显著负相关,其同源蛋白在拟南芥和苹果中的研究中被证明与单糖(葡萄糖)跨液泡膜外转运相关;瞬时过表达证实定位于液泡膜上的PpERDL16可促进桃果肉果糖和葡萄糖的外运;基因单体型分析显示,现代东西方桃育种导致了对高果糖基因单体型的高频利用(Fig. 5)。

 

Fig. 5 Identification of PpERDL16 and its contribution to increased fructose accumulation during peach improvement

 

北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心/农业基因资源与生物技术北京市重点实验室谢华研究员、魏建华研究员和北京市林业果树科学研究院姜全研究员为共同通讯作者。北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心/农业基因资源与生物技术北京市重点实验室于洋助理研究员、官健涛博士后、徐摇光助理研究员和北京市林业果树科学研究院任飞副研究员为共同第一作者。江苏省农业科学院果树研究所沈志军研究员和严娟副研究员参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发计划“主要经济作物优质高产与产业提质增效科技创新”项目(2018YFD1000200)和北京市农林科学院基因组育种协同创新项目(KJCX201907-2)等项目的资助。

 

北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心谢华课题组招聘公告

本课题招聘海外留学人才、博士后及科研助理

谢华课题组本课题组主要开展以组学为基础的果实重要农艺性状(发育、品质、适应性)基因资源挖掘与育种应用技术的研究。利用组学数据,开展园艺植物细菌性软腐病病原菌种类的鉴定、致病与抗病机制及绿色综合防控技术的研发。本研究团队依托北京农业生物技术研究中心、农业基因资源与生物技术北京市重点实验室,具备良好的科研基础和学术氛围。

联系方式:

招收单位:北京市农林科学院北京农业生物技术研究中心

通讯地址:北京市海淀区曙光花园中路9号

联系人:于老师,联系电话:010-51503832,E-mail:yuyangff@hotmail.com

 

来源:

Yu Y, Guan J, Xu Y et al, Population-scale peach genome analyses unravel selection patterns and biochemical basis underlying fruit flavor. Nature Communications volume 12, Article number: 3604 (2021)

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