6月14日，北京市農(nóng)林科學(xué)院生物中心謝華團(tuán)隊(duì)聯(lián)合林果院姜全團(tuán)隊(duì)在Nature Communications（IF = 12.121，Q1）在線發(fā)表了題為Population-scale peach genome analyses unravel selection patterns forbid biochemical basis underlying fruit flavor的研究論文。該研究公布了高質(zhì)量中國水蜜桃參考基因組，闡釋了以水蜜桃為代表的優(yōu)良種質(zhì)資源對(duì)于全球桃現(xiàn)代育成品種遺傳貢獻(xiàn)；揭示了桃風(fēng)味改良過程中，東、西方對(duì)甜度趨同選擇和酸度分化選擇的模式，解析了PpALMT1和PpERDL16分別在有機(jī)酸和可溶性糖積累中的功能。該研究提供了高質(zhì)量參考基因組和豐富的遺傳資源，為進(jìn)一步深入解析桃果實(shí)風(fēng)味形成的遺傳機(jī)制和促進(jìn)重要品質(zhì)性狀的及遺傳改良奠定了基礎(chǔ)。
栽培桃（Prunus persica （L.） Batsch）起源并馴化于我國。歷史上栽培桃從中國向外的兩次重要傳播對(duì)世界桃品種的形成起到了重要作用。第一次——“從無到有”：此次傳播經(jīng)古絲綢之路，始于公元前1世紀(jì)，從我國西部地區(qū)傳播到古波斯（現(xiàn)伊朗及附近地區(qū)）地區(qū)，后經(jīng)亞歐大陸到歐洲，于公元16世紀(jì)由歐洲傳播至美洲大陸，使馴化后的栽培桃得以向世界擴(kuò)散。第二次——“從有促優(yōu)”：此次傳播主要經(jīng)海上絲綢之路，從19世紀(jì)中葉開始，使得我國東部地區(qū)以中國水蜜桃為代表的優(yōu)良品種傳播至日韓地區(qū)、美洲地區(qū)并擴(kuò)散至全球其他地區(qū)，開啟了桃現(xiàn)代品種改良的序幕。
目前桃的參考基因組來自于西方Lovell品種的雙單倍體材料PLOV2-2N，然而Lovell在生產(chǎn)中被廣泛用作砧木材料。為揭示果實(shí)重要農(nóng)藝遺傳基礎(chǔ)，本研究選取了中國水蜜桃代表材料之一的龍華水蜜，采用三代單分子測(cè)序，輔以Hi-C掛載的策略對(duì)龍華水蜜基因組進(jìn)行了高質(zhì)量組裝（基因組大小257.2 Mb，Contig N50 =為5.17 Mb）。進(jìn)一步的比較基因組研究顯示了這兩個(gè)參考基因組在基因組序列上有豐富的變異（Fig.1）。
利用桃群體基因組數(shù)據(jù)，通過群體結(jié)構(gòu)結(jié)合糖、酸相關(guān)表型的分析，揭示了桃風(fēng)味改良過程中東、西方對(duì)甜度的趨同選擇和酸度的分化選擇的模式（Fig.2），進(jìn)一步通過結(jié)合有效群群體變化（MSMC）和群體結(jié)合滲透（rIBD）的分析，顯示了我國東部優(yōu)良品種的產(chǎn)生及其對(duì)桃現(xiàn)代育成品種的遺傳貢獻(xiàn)，分析了滲透區(qū)內(nèi)與糖酸品質(zhì)相關(guān)的候選基因及其對(duì)現(xiàn)代品種形成的潛在貢獻(xiàn)。
結(jié)合桃材料多年表型數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在桃改良過程中，東、西方群體的選擇區(qū)間富集了與蘋果酸、檸檬酸合成和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因，為揭示二者有機(jī)酸表型分化提供了候選基因；差異表達(dá)的候選基因瞬時(shí)過表達(dá)結(jié)果證實(shí)PpALMT1可促進(jìn)蘋果酸在果實(shí)中的積累（Fig. 3）。
果實(shí)甜度是桃風(fēng)味的重要決定因子和遺傳改良目標(biāo)?；谌蚪MGWAS分析，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)控制果肉主要糖類（蔗糖、果糖、葡萄糖）和山梨醇含量的QTLs位點(diǎn)及其遺傳效應(yīng)，為桃風(fēng)味遺傳改良提供了分子位點(diǎn)。相對(duì)于蔗糖和葡萄糖，東、西方桃甜度改良主要體現(xiàn)在果糖含量的提升上，位于1號(hào)染色體上控制果糖含量的主效位點(diǎn)受到了強(qiáng)選擇（Fig. 4）。
通過對(duì)控制果糖主效SNP位點(diǎn)單體型塊的構(gòu)建，結(jié)合單體型塊區(qū)間內(nèi)基因表達(dá)分析，篩選到一個(gè)候選基因PpERDL16，該基因的表達(dá)量與果糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)，其同源蛋白在擬南芥和蘋果中的研究中被證明與單糖（葡萄糖）跨液泡膜外轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)；瞬時(shí)過表達(dá)證實(shí)定位于液泡膜上的PpERDL16可促進(jìn)桃果肉果糖和葡萄糖的外運(yùn)；基因單體型分析顯示，現(xiàn)代東西方桃育種導(dǎo)致了對(duì)高果糖基因單體型的高頻利用（Fig. 5）。
生物中心謝華研究員、魏建華研究員和林果院姜全研究員為共同通訊作者。生物中心于洋助理研究員、官健濤博士后、徐搖光助理研究員和林果院任飛副研究員為共同第一作者。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所沈志軍研究員和嚴(yán)娟副研究員參與了該項(xiàng)研究。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“主要經(jīng)濟(jì)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效科技創(chuàng)新”項(xiàng)目（2018YFD1000200）、北京市農(nóng)林科學(xué)院基因組育種協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目（KJCX201907-2）、北京市農(nóng)林科學(xué)院儲(chǔ)備性項(xiàng)目（KJCX20210432）和北京市農(nóng)林科學(xué)院青年基金（QNJJ202120）的資助。這是是我院謝華/姜全團(tuán)隊(duì)合作在繼桃果實(shí)可食用演化（Nature Communications, 2018）和蟠桃果形遺傳調(diào)控機(jī)制（Genome Biology, 2021）研究成果之后，在桃重要農(nóng)藝性狀研究方面的最新研究成果。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23879-2
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