南京農業大學梨課題組揭示亞洲梨和西洋梨的分化與獨立馴化

2021-01-21 科學網
南京農業大學梨課題組揭示亞洲梨和西洋梨的分化與獨立馴化

論文題目:Diversification and independent domestication of Asian and European pears

作者:Jun Wu et al.

發表時間:2018/6/11

數字識別碼:10.1186/s13059-018-1452-y

摘要:

Background

Pear (Pyrus) is a globally grown fruit, with thousands of cultivars in five domesticated species and dozens of wild species. However, little is known about the evolutionary history of these pear species and what has contributed to the distinct phenotypic traits between Asian pears and European pears.

Results

We report the genome resequencing of 113 pear accessions from worldwide collections, representing both cultivated and wild pear species. Based on 18,302,883 identified SNPs, we conduct phylogenetics, population structure, gene flow, and selective sweep analyses. Furthermore, we propose a model for the divergence, dissemination, and independent domestication of Asian and European pears in which pear, after originating in southwest China and then being disseminated throughout central Asia, has eventually spread to western Asia, and then on to Europe. We find evidence for rapid evolution and balancing selection for S-RNase genes that have contributed to the maintenance of self-incompatibility, thus promoting outcrossing and accounting for pear genome diversity across the Eurasian continent. In addition, separate selective sweep signatures between Asian pears and European pears, combined with co-localized QTLs and differentially expressed genes, underline distinct phenotypic fruit traits, including flesh texture, sugar, acidity, aroma, and stone cells.

Conclusions

This study provides further clarification of the evolutionary history of pear along with independent domestication of Asian and European pears. Furthermore, it provides substantive and valuable genomic resources that will significantly advance pear improvement and molecular breeding efforts.

南京農業大學園藝學院張紹鈴教授團隊近日在期刊Genome Biology在線發表了研究論文「Diversification and independent domestication of Asian and European pears」。文章不僅揭示了梨的起源、傳播路徑,同時發現了亞洲梨與西洋梨的分化和獨立馴化事件。

梨屬於薔薇科,是世界性栽培的重要果樹,其栽培歷史可以追溯到3000多年前。梨的種質資源較為豐富,但是由於其表現典型的自交不親和性,品種資源間存在廣泛的基因交流和遺傳重組,對不同種的分化和遺傳關係一直未有清楚的認知。為探明梨的起源、傳播與馴化特徵,項目組收集了來自五大洲的26個國家共113份代表性梨種質資源,進行了重測序和群體遺傳分析。研究結果揭示了梨起源於中國的西南部,經過亞歐大陸傳播到中亞地區,最後到達亞洲西部和歐洲;有趣的是,該研究結果顯示,亞洲梨和西洋梨的栽培種曾經發生過種間雜交,從而形成了一個新的栽培種——新疆梨(以『庫爾勒香梨』為代表),該種間雜交事件的發生很可能與2000多年前絲綢之路的文化物資交流有關。

圖1 基於重測序的梨群體遺傳關係和基因交流

研究發現不同來源的梨品種資源總體分為亞洲梨和歐洲梨兩大組。其中,歐洲梨遺傳背景相對簡單、遺傳多樣性低,可分為野生種與栽培種組群;而亞洲梨遺傳組成複雜,表現出較高的遺傳多態性,並且野生與栽培種形成多個亞組。亞洲梨與西洋梨的分化時間大約在6.6 -3.3百萬年以前,群體馴化研究進一步揭示了兩大組群受選擇區域的顯著差異,支持了東、西方梨的獨立馴化事件,從而第一次從遺傳水平上解答了兩個種群在果實品質等生物學性狀上的顯著差異。此外,研究還發現了梨的花柱S-RNase基因快速進化和平衡選擇有利於保持自交不親和性,從而促進了梨的異交和高度遺傳多樣性。該研究不僅完善了梨的起源、傳播和馴化相關基礎理論,也為開展梨的遺傳改良和分子育種研究提供了寶貴的基因組遺傳信息。

圖2 梨主要栽培種的馴化與分化關係

該研究成果以南京農業大學為第一完成單位,南京農業大學張紹鈴教授為通訊作者,吳俊教授為第一作者;河北省農科院石家莊果樹研究所王迎濤研究員、華大基因徐加豹、美國伊利諾伊大學香檳校區Schuyler S.Korban教授和美國康奈爾大學費章君教授、南京農業大學陶書田副教授為共同第一作者。

第一作者:吳俊教授 南京農業大學園藝學院/作物遺傳與種質創新國家重點實驗室,國家傑出青年基金獲得者,國家梨產業技術體系育種崗位科學家,主要從事梨的基因組、種質資源和分子育種等方面的研究。

通訊作者:張紹鈴教授,南京農業大學園藝學院/作物遺傳與種質創新國家重點實驗室,國家梨產業技術體系首席科學家,全國優秀科技工作者,國務院特殊津貼專家,南京農業大學園藝學院學術委員會主任委員、果樹學科負責人;南京農業大學梨工程技術研究中心主任。主要從事梨種質資源與遺傳育種,梨自交不親和性機理,基因組與功能基因,品質形成機制與調控等方面的研究。

閱讀原文https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-018-1452-y(來源:科學網)

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