開啟石榴基因組秘密之門

更新時間:2022-04-01 10:52:24 所屬欄目:基因組 作者:蔡雅筑

摘要:秦改花供圖素有「多子多?!乖⒁獾氖?,是從古至今深受人們喜愛的一種果品。石榴緣何多籽?石榴果實怎么那么鮮艷?石榴為何具有保健功能?有關石榴的一系列問題吸引著各國科學家為之探索。為了破解這些問題背后的秘密,挖掘石榴更多的潛在價值,由安徽省農科院研究員徐義流領銜的石榴基因組研究團隊,

秦改花供圖

素有「多子多?!乖⒁獾氖?,是從古至今深受人們喜愛的一種果品。石榴緣何多籽?石榴果實怎么那么鮮艷?石榴為何具有保健功能?有關石榴的一系列問題吸引著各國科學家為之探索。

為了破解這些問題背后的秘密,挖掘石榴更多的潛在價值,由安徽省農科院研究員徐義流領銜的石榴基因組研究團隊,經過多年苦心鉆研,最終在世界上首次成功破譯石榴基因組遺傳密碼。該成果近日發表在國際植物學領域著名期刊The Plant Journal上,這標志著我國石榴基因組研究領域在國際上處于領先地位。

起步晚,研究缺乏

近年來,隨著人們對各種保健果品的認識逐步深入,需求也不斷擴大,石榴更是受到了人們的青睞。因為石榴是一種功能性很強的保健類果品。據了解,石榴具有美容養顏、助消化吸收、抗菌抗病毒、預防心血管疾病、防止細胞癌變等作用。

石榴作為一種傳統特色果樹,在我國分布較廣,著名的石榴產地有陜西臨潼、安徽懷遠、山東棗莊等。其中,懷遠石榴栽培歷史十分悠久,據傳從唐代已有栽植。

經過歲月的淬鍊,懷遠石榴已經形成了獨特的地方特色,并以其艷麗的色彩、端正的果形、晶瑩剔透的籽粒和酸甜可口的味道備受關注,其品質優異久負盛名,贏得了國內外的贊譽。

目前,懷遠石榴已遠銷東南亞、英國、羅馬尼亞等國,引種到俄羅斯、保加利亞等國,發展空間巨大,市場前景廣闊。

「作為石榴的優勢產區之一,我們安徽具有得天獨厚的自然環境及豐富的石榴資源,懷遠石榴更是安徽特色水果的一張名片?!拱不帐∞r科院石榴基因組研究團隊秦改花博士在接受《中國科學報》記者採訪時表示。

「我們一直在做果樹產業研究。當時就在想,石榴在安徽有這么優越的產業基礎,我們應該在基礎研究方面有所作為?;蚪M遺傳密碼的破譯是開展石榴生物學研究的重要一步?!剐炝x流說。

思路一打開,大家一拍即合。要開展基礎研究,首先需要了解其遺傳信息。作為小眾果樹,國內外關于石榴的文獻非常有限。國內已有的研究主要集中在資源的搜集、評價,品種生態篩選及栽培技術上,對石榴重要性狀的遺傳規律以及遺傳改良研究仍處于起步階段。有限的遺傳信息嚴重制約著石榴遺傳改良和高效育種。

面對這種情況,他們硬是突破重重困難,在石榴基因研究中開辟了一條康莊大道。

獲得秘密之門的鑰匙

2014年6月,安徽省農科院成立了石榴基因組研究小組,并正式啟動石榴基因組研究計劃。

基因組研究計劃開啟后,整個過程持續而冗長,國內外相繼出現競爭對手?!复蠹叶荚谧鲞@項研究,這無形中給我們增加了許多壓力,但是也成為了我們前進的無限動力,時刻催促著我們不斷向前?!骨馗幕ㄕf。

基因組信息破譯和解析是一項系統的工程,需要多學科的融會貫通。石榴從植物學和生物學角度都是一種「非常有意思」的植物。研究團隊深知此項研究的重要性,他們試過各種傳統方法,進行各種改進,不斷向國內外專家請教、探討。那段時間,拿秦改花的話說就是「簡直爭分奪秒」,團隊成員扎根在實驗室里,把那里當成了家。

除了要關注石榴基因組本身的組裝質量,還要關注生物學性狀。在解析生物學性狀的時候,團隊費了不少功夫。

歷時3年,在安徽省農科院、華大基因、福建農林科技大學、美國伊利諾伊大學、法國農科院以及哈佛大學6家單位17位專家的共同努力下,石榴基因組計劃終于「開花結果」。

據介紹,項目以安徽省傳統品種「大笨籽」為材料,利用二代測序,結合重測序和轉錄組測序,組裝基因組大小328 Mb(約占預測大小的92%),預測出蛋白編碼基因29229個。

此外,項目還對石榴的系統進化、花的形成與發育、種皮的形態發育、花青素、鞣花酸、安石榴苷等功能性成分的代謝機理進行了深入研究。

秦改花表示,此次研究成果,相當于拿到了打開石榴基因大門的鑰匙。該項目成果在理論上為石榴基因功能研究奠定基礎,在應用上為石榴的遺傳改良提供重要依據。這也是世界上第一例桃金孃目果樹植物的基因組圖譜,極大地促進植物的系統進化研究。

挖掘更大潛力

研究團隊在石榴種質資源與遺傳改良過程中做了大量工作,石榴基因組圖譜的完成對石榴重要農藝性狀的基因挖掘及解析具有里程碑的作用,處于世界領先水平,大大提升了我國在世界石榴研究中的影響力。

此次破譯石榴基因組遺傳密碼后,石榴遺傳改良和高效育種不再被以往有限的遺傳信息制約。其基因組信息不僅為石榴的系統進化和適應性研究提供了重要依據,也為石榴的遺傳改良提供了重要的參考。

石榴果實具有獨特的醫療保健功能已廣為人知。其中,鞣花酸、安石榴苷等多酚是石榴的重要功能性成分,具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗衰老等多種藥理學作用,是近年來人們關注的熱點。

「我們這項研究首次繪制出了生物體內的安石榴苷代謝通路,然后基于基因組序列和基因表達結果,明確了安石榴苷在石榴體內的生物合成途徑,這為石榴鞣花酸、安石榴苷的遺傳改良奠定了良好的基礎,也為安石榴苷的開發和利用提供了重要的依據?!骨馗幕ń榻B。

據透露,研究團隊接下來將以此為切入點開展石榴的應用研究,從而挖掘石榴的開發潛力。

徐義流表示,我們將立足產業需求繼續開展以大粒、軟籽為目標的可食率高、食用方便的優良石榴品種選育工作;開展以高功能性物質石榴新優品種選育工作,同時加速石榴功能性成分的開發與利用,促進石榴更好地為人類健康服務。

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