重磅!華農柑橘團隊基因組解碼「多胚」機理獲新進展

在4月11日，《自然•遺傳學》（Nature Genetics）刊物在線發表了華農鄧秀新院士領銜的柑橘團隊在無性生殖領域取得的研究進展（Genomic analyses of primitive, wild and cultivated citrus provide insights into asexual reproduction）。這項工作以柑橘原始種、野生種和栽培種的基因組為基礎，採用比較基因組、遺傳學和轉錄組等方法解析了柑橘「多胚」形成的分子基礎，鎖定了關鍵基因CitRWP。

徐強教授

徐強教授為該論文通訊作者，我校博士生王霞、徐遠濤、張斯淇及西南大學曹立副研究員為論文並列第一作者。我校信息學院馬彬廣、陳玲玲，生命科學技術學院陳春麗等多位老師及研究小組參與完成了該項目。該研究受到國家自然科學基金，中央高校基本科研業務費專項基金和973計劃等項目的資助。

該研究完成了四個柑橘代表種的基因組，利用單分子測序技術（PacBio）構建了迄今為止最為完整的柑橘基因組，其中Contig N50為2.2 Mb，是已經報導的柑橘基因組的18倍以上。基因組比較分析發現柑橘品種特有的基因組區段大部分為重複序列及未知功能的基因，大約有1/5的基因已知功能並富集在抗性、蛋白水解及果膠裂解等生物學途徑。本研究進一步對本室搜集的100份代表原始、野生和栽培柑橘進行深度測序並群體比較，分析表明原始柑橘的遺傳多樣性最高，栽培柑橘中的生殖和能量代謝相關的基因受到了選擇。

種子由多到少、由大到小，以及生殖模式由單胚到多胚的轉換是柑橘「原始-野生-栽培」過程中最明顯的演化規律之一。絕大多數植物的胚由受精卵發育而來，而柑橘珠心組織的體細胞也可發育成胚，叫做珠心胚。大多數柑橘品種一粒種子可產生2-10個珠心胚，進而萌發成多棵珠心苗，稱之為多胚性。柑橘的多胚性是自然界中最穩定的無融合生殖類型之一，具有獨特的研究與育種價值。本研究利用柑橘基因組平臺優勢結合前期構建的遺傳群體，針對性設計了極端表型混池測序和局部基因關聯分析的策略，將柑橘多胚位點定位到一段80-Kb的區域，包含11個候選基因。進一步精細剖析發現候選基因CitRWP與多胚性狀的關聯程度最高，並表現出胚珠特異表達的特點，且在多胚的表達顯著高於單胚。在多胚柑橘品種中，該基因啟動子區域有MITE（Miniature Inverted-repeat Transposable Element）轉座子插入，並在786份自然變異資源中與多胚性狀完全共分離。

柑橘多胚基因的發掘和利用對於固定優良基因型、排除珠心胚的幹擾、提高育種效率具有重要意義。在柑橘苗木繁育中常利用多胚性來生產整齊一致的砧木或品種，在柑橘馴化和栽培過程中多胚性也常被人們利用保存優良基因型。本研究為進一步精確利用「多胚性」分子設計輔助柑橘育種提供基因資源，同時對於大田作物引入無融合生殖性狀固定雜種優勢也具有借鑑價值。

該篇論文也是我校柑橘團隊基因組研究的又一成果。2013年，該團隊在《自然•遺傳學》（Xu et al, 2013, Nature Genetis, 45:59-66）發表了柑橘（芸香科）第一例基因組，並解析了甜橙果實富含維生素C的分子基礎。經過4年的努力，柑橘團隊自主完成了5例基因組，從上遊到下遊建立起一套適合於多年生果樹作物開展正向遺傳學研究的方法，並在果實品質和無性生殖研究取得新進展。

揭秘這篇論文發表的四大原因

1外因之一：華農柑橘研究的國際優勢幾代接力傳承，「向上」的柑橘夢

徐強指導研究生進行實驗分析

從我國柑橘學科奠基人、華中農學院前副院長章文才先生在我校播撒下柑橘的種子，再到我校校長鄧秀新院士接過章老的大旗，一代又一代的柑橘人在祖國的各方土地上的共同努力，將我校柑橘學科打造成為國際一流的學科，是國際上活躍的柑橘研究中心之一。

2012年， 31歲的徐強具體主持了甜橙全基因組序列圖譜。該圖譜成為當時國際上最完整的甜橙基因組，同時也是我國自主完成的首個果樹作物基因組，併入選由兩院院士評選的「2012年中國十大科技進展新聞」提名。之後學科帶頭人鄧秀新教授鼓勵徐博士抓住機遇，利用新興的組學手段和柑橘特色的生物學問題結合起來。經歷過4年的磨練之後，徐強帶領研究生一鼓作氣，完成了柑橘原始種、野生種和栽培種等四個代表性物種的基因組，目前全世界一共發表了六個柑橘基因組，我校柑橘團隊貢獻了五個，包括國際上柑橘（芸香科）第一例基因組，以及迄今為止最完整的柑橘基因組。利用柑橘基因組的平臺，開發了一系列適合於多年生果樹克隆基因的方法，並克隆了控制柑橘無融合生殖的關鍵基因，為進一步解決柑橘雜交育種受珠心胚幹擾的問題邁出了堅實的一步。

2外因之二：華農良好的協同創新的科研氛圍

「學校的科研氛圍特別好，我們經常邀請生科院、信息學院、植科院的專家來我們這兒交流。」徐強每每談及科研成果時都會這麼說。2012年對外公布的甜橙全基因組序列圖譜，就是由園藝學、基因組學、生物信息學等學科的20餘名科研人員，經過一年多的努力繪製而成。本研究也是由園林學院、信息學院、生科院以及西南大學柑橘研究所的老師和學生鼎力合作完成。

徐強團隊的科研成果並不是一蹴而就的。很多靈感和創新點是在自我苦苦思考的同時，與其他領域專家的交流碰撞的一瞬間得來的，這種豁然開朗、柳暗花明的感覺也是科研樂趣之一。徐強每兩周會開一次科研交流進展會，與會人員除了自己團隊的成員外，常常會有其他學科其他院系的專家參與。團隊成員王霞把討論會稱為是一次「專家會診」。

3內因之一：包容個性的「嚴謹、快樂、自信、執著」

徐強在試驗田指導學生

徐強用「嚴謹、快樂、自信、執著」這八個字來概括自己的科研理念。徐強對待科研有自己嚴謹的態度。「我們要快樂地做科研。」徐強就是帶著這樣的科研態度，並將理念傳遞給團隊的每一個人，在柑橘的研究領域投入十足的熱情與耐心。

作為這次Nature Genetics發表文章的第一作者王霞，她坦言一開始沒有意識到課題會如此艱難，是在徐強老師的鼓勵下，在不斷完善基因組的基礎上，結合了重要的生物學問題，並和徐遠濤、張斯淇等人在愉快的氛圍下合作完成。

4內因之二：團隊為主的「多樣性」和「專一性」

徐強團隊

團隊，永遠是科研至關重要的發展動力。一個優秀的科研成果背後，一定有一個由一群優秀且團結的「奮鬥人」組成的團隊。徐強團隊共有18名成員，1名研究助理，6名在讀博士生，2名留學生博士，9名碩士研究生。徐強始終強調人是研究最重要的元素，選取樂觀的、踏實的、樂於合作的夥伴對於建立有戰鬥力的隊伍是至關重要。曾經有一個博士後申請通過了各種考核，但在最後一關由於以上的原因並沒有進入團隊；而堅持聘請了精幹、對柑橘充滿熱情的小青年為團隊的科研助理。在研究團隊構建中他注重多樣性。實驗室管理遵循＂紅綠燈＂規則，明確絕對禁止的＂紅燈＂，保持學術的嚴謹性；同時倡導學生們不拘一格，不能僅限於學習別人的研究思路，要根據自己的課題和實驗結果不斷琢磨並調整方案，善於聽取不同人的觀點並學會辯思；同時還要腳踏實地，專一的琢磨一個問題，咬定青山不放鬆是推進課題前進的動力。

願景:我的夢想是讓全世界都吃上我們的柑橘品種

「做出來的東西一定要有用。」這句鄧秀新說過的話在徐強心裡留下了深深的烙印。如果說現在一線工作的60後是『果一代』， 70後是『果二代』，而我們80後就是『果三代』，我們是站在前面研究者的肩膀上成長的，」徐強笑著說，「『果三代』正在路上，還有很長的路要走，一定要有人把咱們中國的柑橘的科研和產業做起來。中國柑橘產量和栽培面積居世界第一位，柑橘研究和新品種培育應當與這個地位匹配。我的夢想是讓全世界都吃上咱們中國自主培育的柑橘品種！」這就是徐強甜蜜的夢想！