在耕地面積有限的情況下，大幅提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)是保證糧食安全的必然途徑。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用，越來(lái)越多的物種進(jìn)入育種4.0即精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種時(shí)代。

作為我國(guó)重要的果業(yè)資源，獼猴桃產(chǎn)業(yè)也面臨著從高產(chǎn)量向高品質(zhì)的轉(zhuǎn)變。近日，中科院武漢植物園研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院合作，在獼猴桃高維生素C、糖酸及抗性性狀方面開(kāi)展深入研究，為我國(guó)獼猴桃進(jìn)入精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種時(shí)代打下了基礎(chǔ)。相關(guān)成果相繼發(fā)表于《分子植物》和《新植物學(xué)家》。

獼猴桃原產(chǎn)國(guó)成為產(chǎn)業(yè)和科研大國(guó)

【資料圖】

獼猴桃是一種具有重要營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的水果，因風(fēng)味甜美、富含維生素C而被稱(chēng)為“維C之王”。新西蘭上世紀(jì)初開(kāi)始了獼猴桃培育和種植，在獼猴桃科學(xué)研究和國(guó)際貿(mào)易中長(zhǎng)期處于引領(lǐng)地位。

我國(guó)從上世紀(jì)70年代末開(kāi)始零星種植獼猴桃，歷經(jīng)40年的發(fā)展，獼猴桃收獲面積和產(chǎn)量分別達(dá)到18.26萬(wàn)公頃和219.67萬(wàn)噸，均占世界總產(chǎn)量和栽種面積的一半以上。然而，我國(guó)獼猴桃研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展長(zhǎng)期落后于新西蘭、意大利等獼猴桃科研、生產(chǎn)大國(guó)。

獼猴桃屬起源于中國(guó)，全屬共包含54個(gè)物種，其中52個(gè)主要分布于我國(guó)。但目前，獼猴桃基礎(chǔ)研究與分子育種主要受限于為數(shù)不多的可利用基因組資源——僅有中華獼猴桃和毛花獼猴桃發(fā)表了基因組，制約了我國(guó)獼猴桃基因組學(xué)研究與遺傳改良。

高質(zhì)量基因組解開(kāi)多個(gè)未解之謎

研究團(tuán)隊(duì)選擇具有超高維生素C含量的闊葉獼猴桃，以及我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中華獼猴桃優(yōu)良品種“東紅”作為研究對(duì)象，完成了兩個(gè)端粒至端粒無(wú)缺口獼猴桃基因組拼接，同時(shí)獲得了染色體級(jí)別的單倍型基因組。

通過(guò)保守的單拷貝同源基因構(gòu)建物種進(jìn)化樹(shù)，研究人員推斷闊葉獼猴桃與中華獼猴桃的分歧時(shí)間大約在839萬(wàn)年前。在此期間，有189個(gè)基因家族經(jīng)歷了顯著的基因倍增，而58個(gè)基因家族經(jīng)歷了基因丟失。這些基因家族的擴(kuò)張與收縮可能與獼猴桃科特有的性狀，如更高的維生素含量、更大的果實(shí)型號(hào)等相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，維生素合成途徑基因在不同獼猴桃物種中分布較為保守，但其表達(dá)模式在高維生素C含量材料（闊葉）和低維生素C含量材料（東紅）中不完全相同。

為邁入精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種時(shí)代打基礎(chǔ)

研究人員發(fā)現(xiàn)，與闊葉獼猴桃相比，東紅獼猴桃具有明顯更高的甜度?？茖W(xué)家從東紅獼猴桃中鑒定出一個(gè)蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，具有與蔗糖（甜味相關(guān)）含量顯著相關(guān)的表達(dá)模式。科學(xué)家通過(guò)多種方法驗(yàn)證了該基因可能是紅心獼猴桃甜度增加的重要原因。

此外，科學(xué)家系統(tǒng)鑒定了獼猴桃屬40余個(gè)物種的維生素C含量，發(fā)掘了獼猴桃維生素C合成的關(guān)鍵基因，揭示了調(diào)控獼猴桃維生素C合成的GBF3- MYBS1-GGP3分子模塊。這加深了人們對(duì)獼猴桃維生素C合成的生理和分子機(jī)制的理解，為高維生素C果蔬種質(zhì)創(chuàng)新提供了新的科學(xué)依據(jù)。

中科院武漢植物園研究員李大衛(wèi)向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹，這就好比建一座大樓，首先是打好打牢基礎(chǔ)，因此需要獼猴桃高質(zhì)量基因組，從中發(fā)掘具有重要功能的基因并闡明它們的功能，為獼猴桃精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種提供依據(jù)、打下基礎(chǔ)。目前在科學(xué)家的聯(lián)合推動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)獼猴桃有望進(jìn)入精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種時(shí)代。（記者 李思輝）