時間：2021-12-17 09:59:34 瀏覽：1390 次
陜西省寶雞市鳳縣花椒示范試驗站種植的鳳椒
受訪者供圖
被譽為“八大調(diào)味品”之一的花椒，是我國特色的藥食同源植物，具有重要的經(jīng)濟、藥用及生態(tài)價值。但是，目前花椒育種仍處于傳統(tǒng)育種階段，相關(guān)基因組學(xué)和分子生物學(xué)研究進展緩慢，遺傳育種工作一直停滯不前。
近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)教授魏安智團隊在花椒研究上取得新突破。他們成功組裝了花椒染色體級別的參考基因組，并且在該基因組信息基礎(chǔ)上，初步摸清了花椒麻味、香氣以及色澤這三個主要特征的合成通路。
該參考基因組為研究近期轉(zhuǎn)座子擴增和全基因組復(fù)制事件對基因得失和基因組重建的影響提供了有價值的模型，并為加速花椒遺傳改良提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表于《園藝研究》。
無融合生殖導(dǎo)致育種進度慢
花椒為蕓香科花椒屬植物，我國是花椒的原產(chǎn)國和主產(chǎn)國，栽培歷史悠久，種質(zhì)資源極為豐富，產(chǎn)量和種植面積均居世界首位。
近年來，花椒種植規(guī)模以每年20%～30%的速度遞增，栽培總面積已達2500萬畝左右，年產(chǎn)干椒約40萬噸，形成了一個年產(chǎn)值約300億元的巨大特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)。
“花椒的價格這些年一直在上升，最近三年才逐漸趨于平穩(wěn)，花椒是經(jīng)濟林里經(jīng)濟效益比較高的，對于脫貧致富有著重要意義。隨著市場需求的增大，對花椒研究的關(guān)注度也越來越高?！痹撜撐耐ㄓ嵶髡呶喊仓窃诮邮堋吨袊茖W(xué)報》采訪時表示。
魏安智指出，由于花椒是無融合生殖，因此育種進度比較慢。
無融合生殖是一種不需要雌、雄配子結(jié)合而直接由母本產(chǎn)生后代的生殖方式。這種特性注定了花椒不能雜交育種，要想培育出優(yōu)良的、滿足市場需要的品種，破譯基因組成了當務(wù)之急。
染色體數(shù)目多、雜合度和重復(fù)序列高
“花椒基因組龐大、染色體數(shù)目多，雜合度和重復(fù)序列高，導(dǎo)致組裝難度很大?！痹撜撐牡谝蛔髡摺⑽鞅鞭r(nóng)林科技大學(xué)博士后馮世靜在接受《中國科學(xué)報》采訪時說。
基于此，研究團隊以鳳椒作為測序材料，采用二代、三代的測序策略，同時結(jié)合Hi-C染色體構(gòu)象捕獲技術(shù)，組裝了花椒染色體級別的參考基因組，組裝的參考基因組大小為4.23Gb。
“這是目前能夠做到的比較完整的花椒基因組，大小是其同科植物甜橙的10倍之多，有了這張‘地圖’，后續(xù)才能開展更加深入的研究。”魏安智表示。
進化分析顯示，花椒和甜橙之間的親緣關(guān)系最近，它們的物種分化大約發(fā)生在3500萬年前，之后，花椒在約2600萬年前經(jīng)歷了一次獨立的全基因組復(fù)制事件，并在640萬年前發(fā)生了轉(zhuǎn)座子爆發(fā)事件，此后經(jīng)歷一系列染色體斷裂及融合，最終形成了如今的染色體。
找到關(guān)鍵的合成基因
人們鐘愛花椒，更多的是因為其帶來的“麻”感?！奥椤⑾恪蔽妒腔ń分饕娘L(fēng)味特征，是其重要的品質(zhì)評價指標，也是吸引消費者和提高市場競爭力的重要因子。
“現(xiàn)在許多關(guān)于‘麻’的研究，還停留在提取花椒的麻味物質(zhì)，或者研究人吃了花椒后是如何感知麻味的，也有人在研究麻味的化學(xué)合成，但是生物合成研究工作鮮少有人開展，我們便以此為突破口。”馮世靜說。
研究團隊利用獲得的基因組信息，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝組，鑒定出與花椒麻味物質(zhì)、果皮顏色和香氣物質(zhì)成分相關(guān)的關(guān)鍵合成基因，并分析這些基因在果實不同發(fā)育時期的表達模式，初步繪制了花椒麻味物質(zhì)合成的代謝通路圖。
四川漢源花椒
受訪者供圖
花椒的種植區(qū)域非常廣泛，目前我國主要栽培區(qū)包括四川、陜西、甘肅、山東、河北等多個省份。在栽培馴化以及引種過程中，花椒形成了諸多品種（系），如大紅袍、小紅袍（小紅椒）等。
不同的種源地，具有不一樣的氣候條件和自然環(huán)境，這也導(dǎo)致各產(chǎn)地花椒在香味、麻味以及顏色上有所差異。而且花椒樹枝有刺，影響采摘效率。
“大家都想培育出無刺、香味好、麻味濃、顏色好、產(chǎn)量高的花椒品種，這在以前完全是一種奢望，現(xiàn)在我們破譯了基因組‘地圖’以后，可以開展分子育種，真正實現(xiàn)集萬千優(yōu)點于一身了?！蔽喊仓钦f。
（來源：中國科學(xué)報 張晴丹）轉(zhuǎn)至花椒網(wǎng)
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