6月14日，北京市農林科學院生物中心謝華團隊聯(lián)合林果院姜全團隊在Nature Communications（IF = 12.121，Q1）在線發(fā)表了題為Population-scale peach genome analyses unravel selection patterns forbid biochemical basis underlying fruit flavor的研究論文。該研究公布了高質量中國水蜜桃參考基因組，闡釋了以水蜜桃為代表的優(yōu)良種質資源對于全球桃現(xiàn)代育成品種遺傳貢獻；揭示了桃風味改良過程中，東、西方對甜度趨同選擇和酸度分化選擇的模式，解析了PpALMT1和PpERDL16分別在有機酸和可溶性糖積累中的功能。該研究提供了高質量參考基因組和豐富的遺傳資源，為進一步深入解析桃果實風味形成的遺傳機制和促進重要品質性狀的及遺傳改良奠定了基礎。

 

　　栽培桃（Prunus persica （L.） Batsch）起源并馴化于我國。歷史上栽培桃從中國向外的兩次重要傳播對世界桃品種的形成起到了重要作用。第一次——“從無到有”：此次傳播經古絲綢之路，始于公元前1世紀，從我國西部地區(qū)傳播到古波斯（現(xiàn)伊朗及附近地區(qū)）地區(qū)，后經亞歐大陸到歐洲，于公元16世紀由歐洲傳播至美洲大陸，使馴化后的栽培桃得以向世界擴散。第二次——“從有促優(yōu)”：此次傳播主要經海上絲綢之路，從19世紀中葉開始，使得我國東部地區(qū)以中國水蜜桃為代表的優(yōu)良品種傳播至日韓地區(qū)、美洲地區(qū)并擴散至全球其他地區(qū)，開啟了桃現(xiàn)代品種改良的序幕。

 

　　目前桃的參考基因組來自于西方Lovell品種的雙單倍體材料PLOV2-2N，然而Lovell在生產中被廣泛用作砧木材料。為揭示果實重要農藝遺傳基礎，本研究選取了中國水蜜桃代表材料之一的龍華水蜜，采用三代單分子測序，輔以Hi-C掛載的策略對龍華水蜜基因組進行了高質量組裝（基因組大小257.2 Mb，Contig N50 =為5.17 Mb）。進一步的比較基因組研究顯示了這兩個參考基因組在基因組序列上有豐富的變異（Fig.1）。

 

 

　　利用桃群體基因組數據，通過群體結構結合糖、酸相關表型的分析，揭示了桃風味改良過程中東、西方對甜度的趨同選擇和酸度的分化選擇的模式（Fig.2），進一步通過結合有效群群體變化（MSMC）和群體結合滲透（rIBD）的分析，顯示了我國東部優(yōu)良品種的產生及其對桃現(xiàn)代育成品種的遺傳貢獻，分析了滲透區(qū)內與糖酸品質相關的候選基因及其對現(xiàn)代品種形成的潛在貢獻。

 

　　結合桃材料多年表型數據，發(fā)現(xiàn)在桃改良過程中，東、西方群體的選擇區(qū)間富集了與蘋果酸、檸檬酸合成和轉運相關的基因，為揭示二者有機酸表型分化提供了候選基因；差異表達的候選基因瞬時過表達結果證實PpALMT1可促進蘋果酸在果實中的積累（Fig. 3）。

 

 

　　果實甜度是桃風味的重要決定因子和遺傳改良目標?；谌蚪MGWAS分析，發(fā)現(xiàn)了多個控制果肉主要糖類（蔗糖、果糖、葡萄糖）和山梨醇含量的QTLs位點及其遺傳效應，為桃風味遺傳改良提供了分子位點。相對于蔗糖和葡萄糖，東、西方桃甜度改良主要體現(xiàn)在果糖含量的提升上，位于1號染色體上控制果糖含量的主效位點受到了強選擇（Fig. 4）。

 

 

　　通過對控制果糖主效SNP位點單體型塊的構建，結合單體型塊區(qū)間內基因表達分析，篩選到一個候選基因PpERDL16，該基因的表達量與果糖含量呈顯著負相關，其同源蛋白在擬南芥和蘋果中的研究中被證明與單糖（葡萄糖）跨液泡膜外轉運相關；瞬時過表達證實定位于液泡膜上的PpERDL16可促進桃果肉果糖和葡萄糖的外運；基因單體型分析顯示，現(xiàn)代東西方桃育種導致了對高果糖基因單體型的高頻利用（Fig. 5）。

 

　　生物中心謝華研究員、魏建華研究員和林果院姜全研究員為共同通訊作者。生物中心于洋助理研究員、官健濤博士后、徐搖光助理研究員和林果院任飛副研究員為共同第一作者。江蘇省農業(yè)科學院果樹研究所沈志軍研究員和嚴娟副研究員參與了該項研究。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃“主要經濟作物優(yōu)質高產與產業(yè)提質增效科技創(chuàng)新”項目（2018YFD1000200）、北京市農林科學院基因組育種協(xié)同創(chuàng)新項目（KJCX201907-2）、北京市農林科學院儲備性項目（KJCX20210432）和北京市農林科學院青年基金（QNJJ202120）的資助。這是是我院謝華/姜全團隊合作在繼桃果實可食用演化（Nature Communications, 2018）和蟠桃果形遺傳調控機制（Genome Biology, 2021）研究成果之后，在桃重要農藝性狀研究方面的最新研究成果。

 

　　全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23879-2