中国李适应性很强,是全球商业化栽培最广泛的李种之一,具有较高的经济价值与生态价值。中国李果子虽小但产业不小,其对我国果树产业发展有重要意义。但是,过去我国对特色果树种质资源、育种和产业技术重视、研究不够,所以中国李的产业化程度较低、单产远不及其其他果树,李在大家的认知中也逐渐被归为小杂果类。相关科学研究亟待突破。
近日,中国农业科学院郑州果树研究所(以下简称郑果所)李杏种质改良团队与桃种质资源团队联合破译了中国李高质量基因组,并且揭示了中国李起源与驯化特征,为中国李重要经济性状改良奠定遗传学基础。该成果是郑果所在“李属基因组计划”方面取得的又一重要进展,发表于《植物学杂志》。
据史料记载,远在5000~6000年前,我们的祖先就采食李果。而李的栽培历史至少有3000年,是我国传统的“五果”(桃、李、杏、枣和板栗)之一。“李是分布最广泛的果树之一,我国几乎各省区市均有野生李或栽培李。”该论文第一作者、郑果所黄振宇博士在接受《中国科学报》采访时介绍。
研究团队选择了在品质中非常有代表性、由郑果所李杏种质改良团队自主选育的品种——“中李6号”作为基因组组装对象。研究团队首先利用二代、三代以及Hi-C等测序技术绘制了“中李6号”的基因组图谱,基因组组装至染色体水平,共有8条染色体,基因组大小为318.6Mb,Contig N50为2.3Mb,并注释了27481个高质量基因,基因组完整性高达98%。
研究团队以“中李6号”高质量基因组为参考,对74份中国李核心种质的全基因组高深度重测序数据进行分析,这些种质由地方品种与育成品种构成。他们共鉴定到3380659个高质量SNPs,进而通过进化树、PCA、Structure等分析,发现这74份种质可聚类为华南、华北、东北及国外品种群。
研究发现,南方品种群的核苷酸多态性高于北方品种群,LD衰减距离小,说明南方品种群较为原始,遗传多样性丰富,且与其他品种群间存在基因交流。研究团队把74份中国李核心种质分为4个品种群,采用π-ratio、FST以及XP-CLR等三种方法对4个品种群两两之间进行选择压分析,共鉴定到35个受选择位点,累计长度4.6Mb,共包含346个基因。
此外,基因家族的扩张和收缩分析表明,以上几类基因家族在基因组进化过程中通过两种方式显著扩张,这些关键基因是植物主动或被动适应不同生态环境的重要方式,初步揭示了中国李重要性状驯化的分子基础,为后续发掘中国李适应性相关优异基因提供重要参考。