中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓振海團(tuán)隊成功破譯蘋果砧木致矮密碼、揭開蘋果“綠色革命”面紗

　　中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊 20世紀(jì)50-60年代以來，谷類作物的“綠色革命”為世界人民面臨的糧食危機(jī)提供了新的解決方案，也將矮化性狀引入全世界育種家的視野。與谷類等草本作物不同，矮化砧木的利用是實現(xiàn)木本及藤本作物高密度種植、提升果園經(jīng)濟(jì)效益更適宜的方式。然而，對砧木致矮機(jī)制的解析及關(guān)鍵調(diào)控基因的挖掘仍處于探索階段。目前已發(fā)表的蘋果基因組為栽培品種及少量野生近緣種，如‘Gala’，GDDH13，HFTH1，新疆野蘋果，森林蘋果等。破譯蘋果矮化砧木基因組，對實現(xiàn)蘋果砧木分子設(shè)計育種、推動蘋果種植栽培模式的現(xiàn)代變革具有重要價值。

 

　　自1910年代英國東茂林試驗站選育出M系蘋果砧木無性系后，百余年來，全世界多個蘋果砧木培育機(jī)構(gòu)育成了親緣關(guān)系各異的眾多蘋果砧木無性系品種，如英國M系和MM系、美國R系和CG系、前蘇聯(lián)B系以及中國‘中砧’系、SH系和青砧系等。為了理清各砧木品系的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及砧木與野生種、栽培種的遺傳關(guān)系背景，本研究收集世界范圍內(nèi)蘋果的無性系砧木材料，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，并發(fā)現(xiàn)蘋果砧木同時接受野生種與栽培種基因漸滲的遺傳特征。

 

　　'M9‘為全球使用最廣泛的矮化砧木，針對矮化砧木'M9’及半喬化砧木‘MM106’，本研究利用高深度的HiFi及Hi-C測序數(shù)據(jù)，組裝染色體級別、接近無Gap的二倍體分型基因組，并聚焦矮化QTL區(qū)段 Dw1 ，成功發(fā)掘僅存在于‘M9’基因組中的LTR-RT/gypsy插入序列，將其命名為 DwTE 。進(jìn)一步基于喬、矮化砧木中基因表達(dá)差異的關(guān)聯(lián)性及喬、矮化群體中 DwTE 與矮化表型共分離的研究結(jié)果，揭示 MdARF3 可能為蘋果砧木致矮的關(guān)鍵基因。

 

　　mRNA在砧穗間的長距離傳遞對嫁接植株性狀調(diào)控具有重要意義，但識別砧穗間可傳遞mRNA目前仍存在技術(shù)難關(guān)。為解決這一問題，本研究在組裝栽培品種‘富士’高質(zhì)量基因組的基礎(chǔ)上，開發(fā)整合基因組、轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確高效識別砧穗間可傳遞mRNA的生物信息學(xué)流程“RNAGlass”，并鑒定出在致矮關(guān)鍵時期于砧穗間傳遞的mRNA轉(zhuǎn)錄本，有力推動砧木致矮分子機(jī)制的全面解析。

 

　　本研究成功挖掘蘋果致矮的關(guān)鍵基因，破譯蘋果砧木致矮的遺傳密碼，揭開了蘋果矮化的神秘面紗。據(jù)此發(fā)表了我國蘋果學(xué)研究以及世界果樹砧木研究領(lǐng)域的首篇 Nature Genetics 文章，為蘋果等木本經(jīng)濟(jì)林果領(lǐng)域開啟矮化砧木分子設(shè)計育種、加速實現(xiàn)“綠色革命”奠定堅實基礎(chǔ)。

 

　　中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓振海教授團(tuán)隊李威副教授、美國哈佛大學(xué)Chong Chu博士、中國農(nóng)大博士研究生李慧、中國農(nóng)科院鄭州果樹所張恒濤研究員為本文共同第一作者，韓振海教授、Chong Chu博士、新西蘭皇家植物與食品研究所Cecilia H. Deng博士、中國農(nóng)大王憶教授為共同通訊作者。中國農(nóng)大韓振海教授團(tuán)隊研究生孫昊宸、王世堯、王子俊、李玉琪以及周博文、范興強(qiáng)、熊瑤等參與了相關(guān)工作。本研究得到國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)（蘋果）體系、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才培育計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、111計劃等項目支持。