Hortic Res | 中科院华南植物园发表菠萝蜜高质量基因组揭示其果实演化机制和引种驯化历史

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus）隶属于桑科（Moraceae）波罗蜜属，是世界上果实最大的乔木树种，也是东南亚和南亚热带地区的重要栽培植物，具有较高的营养价值和经济价值。菠萝蜜已有几千年的栽培历史，但其起源地和多样性中心至今仍不清楚。近年来，国内外开始重视菠萝蜜种质资源的收集和保护利用，但因为缺乏高质量的基因组信息，对菠萝蜜遗传多样性和重要经济性状形成的遗传机理尚不了解，导致菠萝蜜遗传改良进展缓慢，品种选育存在一定的盲目性。

近日，Horticulture Research 上线了（Advance Access）中国科学院华南植物园康明团队题为Jackfruit genome and population genomics provide insights into fruit evolution and domestication history in China 的研究论文。基于高质量的染色体级别的菠萝蜜基因组和群体基因组研究，阐明了菠萝蜜在中国的引种栽培历史，探究了菠萝蜜果实大小和质地等农艺性状的分子遗传基础。

该研究通过结合PacBio三代测序、二代测序和菠萝蜜F1代高密度遗传连锁图谱，破译了染色体水平的菠萝蜜基因组。通过广泛采集我国菠萝蜜的地方品种，同时收集亚洲主产国（孟加拉、泰国、马来西亚、印度尼西亚）的菠萝蜜种质，利用高通量测序技术，在全基因组水平解析了295份菠萝蜜种质的系统发育、群体遗传结构、遗传多样性和基因渐渗（图1），重建了菠萝蜜在中国的引种栽培历史，重点阐明了菠萝蜜传入中国的途径，即中国的菠萝蜜至少来源于两条独立的途径，一是来源于南亚地区（孟加拉），一是来源于东南亚地区（泰国、马来西亚和印度尼西亚等）。中国菠萝蜜的传入和传播，可能与古代丝绸之路、佛教文化的交流有着悠久深厚的渊源。

图1 菠萝蜜种质群体结构和遗传多样性

此外，研究团队通过比较菠萝蜜（大果实）和其近缘姊妹种尖蜜拉（小果实，又称小菠萝蜜）种间的基因组分化，分析了这两个近缘物种群体基因组的选择信号，发现胼胝质合酶复合体的主要构成基因受到显著的选择压力，可能在菠萝蜜的果实大小进化中发挥了重要作用。通过选择性清除分析菠萝蜜干苞和湿苞类型的群体遗传变异，发现干苞菠萝蜜基因组的24号染色体500 kb区域具有显著的受选择信号，并在该区域确定了2个聚半乳糖醛酸酶基因受到强烈的选择压力（图2），其中AhePG1 基因表达与果实软化呈显著正相关，可能是菠萝蜜果胶降解的主效基因，因此推测多聚半乳糖醛酸酶可能通过控制果胶的降解，进而导致了菠萝蜜果实的质地差异。该研究结果对于菠萝蜜的栽培驯化、遗传育种及种质资源保护和发掘利用具有重要意义。

图2 菠萝蜜干湿苞群体选择性清除信号

中国科学院华南植物园2018级博士研究生林星谷和冯超副研究员为论文共同第一作者，华南植物园康明研究员和广东海洋大学李映志教授为论文共同通讯作者。该研究得到了中国科学院南海生态环境工程创新研究院项目、广东海洋大学创新强校工程科研项目和广州市科技计划项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac173

转自：“园艺研究”微信公众号

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